在一項開創性的研究中，來自威爾康奈爾醫學院和美國國家衛生研究院下屬的國家心肺和血液研究所的研究人員發現，DNA可以通過形成複雜的三維結構來模仿蛋白質的功能。這項研究最近發表在《自然》雜誌上，它利用高清成像技術揭示了一個合成的DNA分子的獨特和多面的結構。

這個分子被設計用來模擬一種被稱為綠色熒光蛋白（GFP）的蛋白質的行為。GFP最初從水母中提取，已成為實驗室的一個重要工具，作為細胞內的發光標記或信標。

顯示Lettuce結構的插圖，Lettuce是一種結合併激活來自綠色熒光蛋白的熒光團的DNA。資料來源：Luiz FM Passalacqua

這些發現推動了關於如何使DNA折疊成複雜形狀的科學，並將幫助研究人員為各種實驗室和臨床應用構建這種DNA分子。例如，模仿GFP的全DNA熒光標籤通常是生物研究和診斷測試工具中標記目標DNA片段的理想選擇，而且製作成本相對低廉。

研究報告的共同作者、格林伯格-斯塔爾藥理學教授、威爾康奈爾醫學院桑德拉和愛德華-梅耶癌症中心的成員薩米-賈弗里博士說：”這些發現真的改變了我們對我們能用DNA做什麼的理解。”

自然界中的DNA大多以雙鏈、”扭曲的階梯”或”螺旋”的形式存在，並作為遺傳信息的一個相對穩定的存儲。細胞中所有其他復雜的生物過程都是由其他類型的分子完成的，尤其是蛋白質。

去年，Jaffrey博士及其同事報告說發現了一種這樣的分子：一種單鏈DNA，其折疊方式使其能夠模仿GFP的活動。這種DNA分子，Jaffrey博士因其熒光發射的顏色而稱之為”萵苣”，它通過與另一種小的有機分子，即類似於GFP核心的潛在熒光”熒光團”結合，並以一種激活其熒光能力的方式擠壓它而起作用。研究人員展示了萵苣-熒光團組合作為快速檢測SARS-CoV-2（COVID-19的原因）的熒光標籤。

Jaffrey博士和他的團隊通過製作許多單鏈DNA並篩選出具有所需熒光團激活能力的單鏈DNA而發現了萵苣。但他們不知道萵苣用什麼結構來獲得這種能力。為了確定這種結構，他們在新的研究中求助於他們的長期合作者，NHLBI高級調查員Adrian R. Ferré-D’Amaré博士。

在Ferré-D’Amaré博士團隊的研究員Luiz Passalacqua博士領導的研究中，使用了先進的結構成像技術，包括低溫電子顯微鏡，以解決萵苣的原子級分辨率結構。他們發現萵苣折疊成一種形狀，在其中心有一個四向的DNA連接點，這種類型是以前從未見過的，以激活熒光體的方式包圍著它。

他們還觀察到，萵苣的折疊是通過核鹼基之間的鍵固定在一起的–這些核鹼基是DNA的組成部分，通常被稱為四個字母的DNA字母表中的”字母”。

Ferré-D’Amaré博士說：”我們所發現的不是DNA試圖像蛋白質一樣；它是一種DNA，正在做GFP所做的事情，但以它自己的特殊方式。”

研究人員說，這些發現應能加快熒光DNA分子的開發，如用於快速診斷測試的生菜，以及其他一系列科學應用，其中基於DNA的熒光標籤是可取的。

Jaffrey博士說：”像這樣的研究對於創造新的基於DNA的工具將是至關重要的。”