DNA砖

DNA砖是一种计算机建模方法，用于从简单的组件创建复杂的3D形状。它们是类似乐高积木的基础多肽使化学家和工程师能够设计新的分子和设备。最终产品有一个确定的形状和晶体结构，工程师可以在开始任何物理实验之前进行设计和完善。

DNA砖利用生物分子的自我组装特性，创造出传统合成化学无法实现的形状和动态系统。该技术的发明者将其描述为“一种简单、模块化、健壮的框架，可将短链组装成复杂的结构。”［1］

使用DNA进行分子自组装的老方法和DNA砖的工作原理是相同的，同时试图扩展可合成的结构类型，使过程更容易、更容易实现。

DNA“折纸”是一种用于组装2D和3D形状的更成熟的技术，其目标与DNA积木有许多相同。DNA“折纸”已经被用于制作各种各样的静态形状，包括晶格、缎带和隧道。此外，动态系统如电路并且已经开发了开关。

虽然DNA“折纸”对于设计复杂结构很有效，但每个形状的基础都是一长串DNA，称为支架。然后，数百条较短的DNA链被添加到支架上，形成最终产品。通常，每个设计都需要一个独特的支架。脚手架的单个部件不能被移除以完善结构。用DNA“折纸”制作的微观三角形。［2］

原始期刊文章的示意图显示了DNA积木是如何类似乐高积木的。［1］

每个砖块代表一个DNA由32个核苷酸以一种独特的方式排列而成的链。这条链进一步分为四个结构域，每个结构域包含八个核苷酸。32个核苷酸片段可以被想象成一个乐高，两个大头针代表头部结构域，两个孔代表尾部结构域。这些大头针和小孔的形状不同，只有当DNA链互补时，一块砖上的大头针才能插入另一块砖上的小孔。

如果有问题的两个域的碱基对匹配，砖以直角连接。每个域都是一个体素(相当于一个像素的体积)，因此可以在3D分子画布上构建一个复杂的形状，然后使用算法来确定哪个DNA砖将自组装成所需的结构。

为了防止砖块形成意想不到的连接，模型包括保护砖块和边界砖块。保护砖包含一串连续的8个胸腺，使别针或洞不可能连接到其他砖。边界砖沿成品形状的外侧放置。它们是半块砖，每个砖包含16个核苷酸，可以防止任何碎片附着在最终形状的既定参数之外。

每个DNA砖可以独立添加或移除，允许微调结构，并创造出比DNA折纸更复杂的几何产品。DNA砖的发明者通过制作固体、闭腔和开腔的微观形状来测试他们的系统。其中包括字母表的字母、阿拉伯数字、表情符号的脸、红桃和玩骰子。在公布这项技术之前，他们测试了100多个不同的形状。

计算机生成的设计图像与透射电子显微镜(TEM)图像的最终形状进行了比较。［1］

虽然微观字母和心形可能没有什么实用价值，但DNA砖可以为许多新的医疗技术做出贡献，包括开发药物传递系统，改善生物成像，理解或修改细胞信号通路。

DNA砖也可以与DNA折纸的长支架一起使用，允许工程师利用长核苷酸链的稳定性和模块化砖可以提供的细节。有可能，这两种技术可以一起用于创造更复杂和更强大的分子。

积木的模块化也为构建建模系统提供了机会聚合物而不是DNA的自然形式，比如核糖核酸或含有合成核苷酸或修饰主干的DNA。最终，研究人员可以设计出具有生化特性的形状，使分子能够在复杂的环境中生存并发挥作用，比如在人体内部。例如，经过改造的分子可能会抵抗分解DNA的酶的分解，从而使基于这些分子之一的药物在体内保持活性的时间更长。

这些设计分子也可以帮助减少药物的副作用。生物技术是药物发展中增长最快的领域单克隆抗体，疫苗，激素,酶都在扮演着越来越重要的角色。任何大的蛋白质都有可能引起过敏反应或较不严重的免疫系统爆发，但如果一种药物可以微调以降低其免疫原性，更多的患者可能会耐受它。

[1] Ke, Y。,Ong L . L。施,w . M。&阴,p(2012)。DNA砖自组装的三维结构。科学(纽约，纽约)，338(6111)，10.1126/科学。http://doi.org/10.1126/science.1227268于2016年1月27日从http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3843647/检索

[2]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA折纸triangularpng在知识共享许可下用于重用和修改。