研究人员详细介绍了如何控制DNA和RNA的形状和结构
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北卡罗莱纳州立大学的研究人员利用计算模型精确揭示了带电的金纳米颗粒是如何影响DNA和RNA的结构的，这可能会带来操纵这些遗传物质的新技术。
这项工作有望开发存储和传输遗传信息的应用程序，为生物电子学创造定制支架，并创造新的药物传递技术。
“在自然界中，数米长的DNA紧密地排列在每个活细胞中，”北卡罗来纳州立大学的博士生杰西卡·纳什(Jessica Nash)说，她是一篇有关这项工作的论文的主要作者。这是可能的，因为DNA紧紧地包裹着一种被称为组蛋白的正电荷蛋白质。我们希望能够用类似的方法来塑造DNA，用带电的金纳米颗粒代替组蛋白。所以我们使用计算技术来确定不同的电荷是如何影响核酸——DNA和RNA的曲率的。”
在他们的模型中，研究人员通过添加或移除带正电的配体(附着在纳米粒子表面的有机分子)来操纵金纳米粒子的电荷。这使他们能够确定核酸对每一级电荷的反应。纳米颗粒和配体塑造DNA链的动画在https://www.youtube.com/watch?v=kNpvPyc2bmc&feature=youtu.be．
北卡罗来纳州立大学材料科学与工程副教授、该论文的通讯作者yarosava Yingling说:“这将让研究人员知道预期的结果——他们需要多少电荷才能获得所需的核酸曲率。”
“我们在模型中使用了配体，但还有其他方法来操纵纳米粒子的电荷，”北卡罗来纳州立大学博士后研究员、该论文的合著者阿比舍克·辛格(Abhishek Singh)说。“例如，如果纳米粒子和核酸在溶液中，你可以通过改变溶液的pH值来改变电荷。”
这项工作的意义还在于，它突出了计算研究在材料科学领域的进展。
“我们的大型模型解释了这一过程中涉及的每一个原子，”北卡罗来纳州立大学的博士生、论文的合著者李南(Nan Li)说。“这是我们如何使用高级计算硬件的一个例子，比如为视频游戏开发的gpu或图形处理单元，来进行最先进的科学模拟。”
该研究小组正在这些发现的基础上设计具有不同形状和表面化学性质的新型纳米粒子，以更好地控制核酸的形状和结构。
Yingling说:“在包裹和分解核酸方面，没有人能达到自然界的效率。”“我们正在努力推进我们对其工作原理的准确理解。”
纸”,利用全原子分子动力学研究组蛋白模拟纳米颗粒对核酸压实的特性，发表在该杂志的网上ACS Nano．该论文由北卡罗来纳州立大学博士后研究员Abhishek Singh共同撰写。国家自然科学基金资助项目:CBET-1403871、DMR-1121107、CMMI-1150682和DGE-0946818。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
基于全原子分子动力学的组蛋白模拟纳米颗粒核酸压实特性研究
作者: Jessica A. Nash, Abhishek Singh, Nan K. Li, yarosava G. Yingling，北卡罗莱纳州立大学
发表: 11月2日,ACS Nano
DOI: 10.1021 / acsnano.5b05684
文摘:基于核酸(NA)的纳米技术应用的发展依赖于DNA和RNA的高效封装。然而，na -纳米粒子结合的原子细节仍有待全面表征。在这里，我们研究了纳米粒子和溶剂的性质如何影响NA的压实。我们通过对配体功能化金纳米粒子(NP)与双链NAs结合的大规模全原子模拟，揭示了RNA和DNA对阳离子NPs的不同反应。我们证明了纳米粒子弯曲DNA的能力与NPs电荷和配体电晕形状直接相关，其中超过50%的电荷中和和球形的NP配体电晕确保了DNA的压缩。然而，需要100%电荷中和的NP来弯曲DNA，其效率几乎与组蛋白八聚体一样。对于0.1 M NaCl中的RNA，由于配体端基内部与RNA主沟槽结合，即使是最带电的纳米颗粒也不能引起弯曲。我们的研究表明，RNA压缩只能通过低盐浓度的高电荷纳米粒子的组合来实现。在与高电荷NPs的相互作用中，DNA通过沟槽宽度和深度的周期性变化而弯曲，而RNA则通过主沟槽的扩张而弯曲。
