生物工程學家發現了一種定制病毒粒子大小和形狀的方法。這種新方法將病毒蛋白構件和DNA模板結合在一起，有望應用於疫苗製造和藥物輸送領域。病毒噬菌體蛋白是病毒基因組的保護罩，可作為創建結構嚴謹的蛋白質組裝體的基礎。然而，它們的形狀和幾何結構主要取決於病毒株。無論原始病毒藍圖如何，重新編程這些組合體都為藥物輸送和疫苗開發等領域帶來了誘人的可能性。

DNA 摺紙納米結構（藍色）可用於設計病毒顆粒（灰色）的形狀。直徑為28 納米的原生噬菌體顯示為綠灰色。資料來源：Mauri A. Kostiainen/阿爾託大學

科研團隊通過生成”結構化基因組”模板來組裝囊殼蛋白，從而解決了這一難題。他們利用剛性DNA摺紙結構來防止柔性基因組變形和形成不需要的形狀。這些結構的尺寸很小，從幾十納米到幾百納米不等，但完全由DNA 構成，並被精確地折疊成所需的模板形狀。

“我們的方法基於DNA 納米結構的負電荷與帽狀蛋白的正電荷結構域之間的靜電相互作用，以及單個蛋白之間的內在相互作用。通過改變蛋白質的用量，我們可以微調高度有序的蛋白質層的數量，從而將DNA摺紙封裝起來，”論文第一作者、阿爾託大學博士研究員伊里斯-塞茨（Iris Seitz）說。

“通過使用DNA 摺紙作為模板，我們可以引導噬菌體蛋白形成用戶定義的大小和形狀，從而形成長度和直徑都非常明確的組合體。通過測試各種DNA 摺紙結構，我們還了解了模板的幾何形狀對整個組裝的影響，”Seitz 補充說。

“在低溫電子顯微鏡成像技術的幫助下，我們能夠觀察到組裝後高度有序的蛋白質，並由此測量出不同模闆對組裝幾何形狀產生的微小變化，”赫爾辛基大學的合作科學家Juha Huiskonen 教授解釋說。

“我們發現了一種簡單而有效的策略，可以將帽狀蛋白（重新）引導到所需的形狀。這種方法適應性強，因此並不局限於單一的噬菌體蛋白類型，正如我們用四種不同病毒的噬菌體蛋白所證明的那樣。此外，我們還可以調整我們的模板，使其更貼近應用，例如將RNA 整合到摺紙中，然後將其轉化為有用的或特定位點的蛋白質，”該研究項目負責人阿爾託大學教授Mauri Kostiainen 解釋說。

雖然DNA摺紙結構是一種很有前途的生物系統接口材料，但它們存在不穩定性，尤其是在有DNA降解酶存在的情況下。

“但在實驗中，我們可以清楚地觀察到，蛋白質層能有效保護封裝的DNA 納米結構不被降解。”Kostiainen 總結說：”通過將保護與核酸摺紙的功能特性相結合，包括將DNA 或信使RNA 與其他貨物分子一起輸送的可能性，我們相信我們的方法為生物醫學工程提供了有趣的未來方向。”