[发明专利]一种序列及长度定制化的环状单链DNA的制备方法及其在DNA折纸术中的应用

说明书

本发明公开了一种序列及长度定制化的环状单链DNA的制备方法及其在DNA折纸术中的应用，本发明的一种序列及长度定制化的环状单链DNA的制备方法，包括如下步骤：(1)设计并合成环状的双链重组噬菌粒；(2)重组噬菌粒转化大肠杆菌，并通过辅助噬菌体侵染，制备对应形式的环状单链DNA；(3)以制备的ssDNA作为骨架链分别组装不同的折纸结构，并通过原子力显微镜成像进行表征。本发明的方法不针对某种特定的DNA，可以根据应用需求设计出多种具有不同碱基序列及长度的单链DNA，从而实现定制化。

技术领域

本发明属于DNA纳米技术及生物学应用领域，具体涉及制备不同序列与长度的单链DNA(single-stranded DNA，ssDNA)，并将其作为DNA折纸术的骨架链用于构建DNA折纸结构，突破传统方法造成的尺寸局限。

背景技术

DNA作为一种天然的生物大分子，以其独特的化学结构和特有的分子间相互作用，在构建功能性纳米结构方面具有得天独厚的优势。利用碱基互补配对作用，DNA分子可以自组装形成具有纳米级精度的有序结构。这种DNA纳米结构还可以在特定的位置对DNA链进行修饰，使之作为支架引导其它分子或纳米材料进行可控自组装。

2006年Rothemund提出了DNA折纸术这一全新的DNA自组装策略，将 DNA自组装领域推进到一个新的发展阶段。该方法使用一条长的单链DNA作为骨架链，上百条序列不同的短链DNA作为订书钉链。通过碱基互补作用，订书钉链将骨架链折叠成为所设计的各种形状。在DNA折纸术中，所有订书钉链的DNA序列不同，从而使整个纳米结构在空间上具有完全的可寻址性。与传统的DNA自组装方式相比，DNA折纸术不仅能够在纳米尺度上进行更为精确的组装与排列，得到更加复杂精细的可编程图案与结构，而且实验操作更为简便、组装效率更高。DNA折纸术组装得到的结构可以作为模板，引导其他纳米材料、药物小分子、生物大分子等成分的排列，从而获得光学、电磁学等性能可控的纳米元件、药物载体以及纳米机器人等，使得DNA折纸术在纳米领域具有非常广泛的应用价值。

然而，由于天然存在的DNA长单链种类稀少，DNA折纸结构绝大多数使用M13mp18噬菌体的基因组作为骨架链，其长度为7,249个碱基。这就造成了 DNA折纸结构尺寸的局限：将骨架链的所有碱基配对，形成的正方形尺寸仅约为90nm×90nm。此外，由于几乎所有的DNA折纸结构均使用同一骨架链，无法在同一容器中同时进行多个折纸结构的自组装。针对DNA折纸术骨架链尺寸和序列种类受限的问题，有研究者开始尝试制备更长的骨架链替代M13mp18，从而获得更大尺寸的折纸结构。这方面的研究进展主要包括：(1)通过长链PCR 及不对称酶切的方法分离ssDNA作为DNA折纸术骨架链；(2)通过构建λ噬菌体和M13噬菌体的杂合噬菌粒制备ssDNA。前一种方法由于涉及到酶切及柱分离，获得单链DNA的效率低；并且由于PCR扩增能力的限制，无法获得更大长度的单链DNA。后一种方法虽然更够获得更大长度的单链DNA，但是只能得到特定的基于M13和λ噬菌体杂合序列的DNA。

目前，缺乏一种新型的序列及长度定制化的环状单链DNA的制备方法以突破其作为DNA折纸术的骨架链构建更大规模及更复杂的DNA折纸结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的序列及长度定制化的环状单链DNA制备方法，并将其作为DNA折纸术的骨架链构建DNA折纸结构，突破后者的尺寸限制。

为达到上述目的，本发明的一种新型的序列及长度定制化的环状单链DNA 制备方法，序列与长度的可控性、多变性，包括以下步骤：

(1)设计并合成环状的双链重组噬菌粒；

(2)重组噬菌粒转化大肠杆菌，并通过辅助噬菌体侵染，制备对应形式的环状单链DNA；

(3)以制备的ssDNA作为骨架链分别组装不同的折纸结构，并通过原子力显微镜成像进行表征。