今年4月，美國亞利桑那州立大學(Arizona State University)與英國倫敦大學學院(University College London)組成的跨國團隊，他們利用DNA奈米技術，成功打造出能讓分子選擇性通過的人工跨細胞膜通道，其構造不僅能執行天然通道既有的功能，選擇性運輸包括離子、蛋白質及其他物質，還能容納更大的生物分子(biomolecules)通過。這項研究發表在《Nature Communications》。
 
在此研究中，研究團隊使用了一種創新合成方法，透過水平、而非垂直於膜表面，一步步組裝建構DNA片段，使得通道的開口比一般的天然通道來得更大，讓各種生物分子都能通過；此外，他們還透過DNA序列設計，進一步將合成通道加上絞鏈與蓋子的結構，讓通道能夠像鎖與鑰匙一般選擇性打開或閉合。
 
此外，研究團隊還利用原子力顯微鏡(AFM)和穿透式電子顯微鏡(TEM)，直接以視覺確認奈米通道的結構與設計一致；同時，也以螢光染劑分子驗證DNA通道確實成功穿過、插入細胞膜，且在通道形成1小時內就能執行運輸功能，但以往這個過程需要花上5到8小時。
 
研究團隊表示，這項DNA奈米孔通道的新發現，可以衍生出許多新的應用，從生物感測到藥物傳輸系統應用，或是幫助打造人工細胞，讓細胞能夠自動地捕捉、濃縮、儲存和傳送微型分子。
 
此外，還可以用來捕捉蛋白質，並仔細地確認蛋白質和與之結合的生物分子的互動，或是研究蛋白質快速卻複雜的折疊與展開；此外，這些通道還可以針對生物分子進入細胞的過程，進行細微的控制，為標靶藥物運輸提供新的可能性。
 
在此研究之前，合成生物學家就曾嘗試利用DNA奈米技術，打造具有選擇性的人工細胞膜通道。由於構成DNA的四種鹼基(A、T、C、G)之中，A與T彼此配對、C與G彼此配對，如果善加利用這項特性，並使用電腦仔細設計序列，理論上就能形成特定的2D平面或是3D立體結構。
 
然而，使用DNA奈米技術建構出具備半通透性的通道，已經被證明是相當困難的過程，而且合成出來的DNA奈米孔，通常也只允許貨物的單向運輸，因此這項研究被認為是合成生物學上的創舉。
 
參考資料：
https://bioengineer.org/artificial-cell-membrane-channels-composed-of-dna-can-be-opened-and-locked-with-a-key/
原文研究：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28522-2
(編譯 / 吳培安)