西弗吉尼亚大学的研究人员现在能够在原子水平上观察合成DNA，使他们能够了解如何改变其结构，以期增强其剪刀状功能。更多地了解这些合成DNA反应可能是解锁医学诊断和治疗新技术的关键。
在化学界，这些发现有助于回答一个30年来关于这种特定DNA结构的问题，以及科学家如何在不改变DNA本身的情况下让它产生反应，这一过程称为催化。
研究人员的研究结果发表在《通信化学》上。
“也许这只是第三个例子，在非常详细的原子水平上，化学活性DNA如何促进其独特的功能，赋予所有这些应用力量，”西弗吉尼亚大学医学院副教授AaronRobart说生物化学和分子医学系，该项目的首席研究员。“原子细节为我们提供了一个长期寻求的路线图，以开始构建和改进一种可以广泛适用于健康和诊断的技术。
罗巴特说，一旦科学家了解如何使该技术更有效地发挥作用，理论上就可以将其应用于视网膜变性或癌症等疾病的治疗方法。
Robart指出，研究中使用的合成DNA，称为DNA酶，与人类DNA不同。DNA酶在实验室中创建，生产成本低廉，能够催化化学反应。它们已被人工进化为执行监测空气质量和测量浸入土壤的重金属等功能。
“通常，我们认为DNA是惰性的，作为我们遗传信息的存储单元，”罗巴特说。“然而，在实验室中进化出的某些类型的DNA违背了传统规则。这些DNA可以折叠成复杂的形状，使它们能够执行一系列显着的反应。
“唯一的问题是，经过30年的研究，我们真的不知道任何化学是如何发生的。我们缺少的一件大事是我们实验室对晶体的处理，从而产生了核酸的高分辨率结构，直到原子细节以及它们如何进行所有这些化学反应。
为了能够在原子水平上看到DNA，罗巴特和他的实验室学生，密歇根州安湖的埃文克莱默;卡梅伦的莎拉·斯塔科维奇;马丁斯堡的BekaAvey与美国能源部芝加哥阿贡国家实验室的AdvancedPhotonSource合作。这个过程-X射线晶体学-涉及结晶合成DNA，然后用超能力X射线将其摧毁以揭示其结构。与APS合作，该团队能够控制X射线并通过互联网收集数据。
“利用这些信息，我们可以更好地了解其他DNA酶在其切割反应中的行为，”正在攻读生物化学和分子医学博士学位的Starcovic说。
罗巴特说，他们看到的是一个小臂的结构，可以伸出手找到互补序列的另一部分并将自己夹在一起，类似于魔术贴的连接方式。
“这些DNA可以作为分子剪刀，具有精确的特异性来切割RNA或DNA，或者它们可以充当胶水，”Robart解释说。“假设你有一个导致疾病的突变基因，我们可以把这个DNA带入细胞，它将能够摆脱所有导致导致疾病的蛋白质的信息。
Cramer是已发表论文的主要作者，也是生物化学和分子医学博士生，他说他希望未来的研究填补临床实施的知识空白。
“当它是如何工作的并不完全清楚时，很难改进它，”他说。
Robart说，下一步是专注于在其功能的不同点捕获DNA酶的替代技术。
“这就像我们正在制作一本老式的动画分子翻书，”罗巴特说。“这种详细程度用于了解如何改进，定位和调节他们的活动。这只是数百种不同品种的DNA酶之一，它们都具有自己独特的特性，可以应用于人类健康的主题。
他说，他还希望从医学院的同事那里获得有关如何将模型系统用于治疗的见解。
“我们处于一个独特的位置，”罗巴特说。“我们有一种潜在的治疗方法来寻找一种疾病。我很幸运能够在医学院这么多才华横溢的合作者包围的环境中，帮助这项令人兴奋的技术充分发挥其潜力。
更多信息：EvanR.Cramer等人，表现出同源二聚体构象的10-23脱氧核酶的结构，通信化学（）。DOI：10./s---3