IT之家 1 月 26 日消息，德國斯圖加特大學第二物理研究所科研團隊開發出了一種可改造人造細胞的 DNA 納米機器人，團隊中包括多位中國學生和教授。

這一創新技術能控制合成細胞中脂質膜的形狀和通透性，爲合成生物學發展提供了全新工具。相關研究成果已於 1 月 13 日發表在最新一期《自然・材料》雜誌上（IT之家附 DOI:10.1038/s41563-024-02075-9）。

細胞的形狀和結構對其生物功能至關重要，這反映了現代設計中常見的“形式追隨功能”原則。該原則強調結構應根據其預期用途來決定，而能否將此原則應用於人造細胞，正是合成生物學面臨的重要挑戰之一。

該如何將這一概念應用於人工細胞是合成生物學中屬於是一項重大挑戰。針對這一問題，該團隊開發出了一種創新工具，用於控制合成細胞中脂質膜的形狀和滲透性。

這些膜由包含水性隔室的脂質雙層組成，是生物膜的簡化模型。它們可用於研究膜動力學、蛋白質相互作用和脂質行爲。

▲ 圖片來源：斯圖加特大學第二物理研究所

利用信號依賴性的 DNA 納米機器人，團隊此次實現了與合成細胞的可編程交互，這是應用 DNA 納米技術調控細胞行爲的重要一步。他們利用一種模仿活細胞的簡單結構 —— 巨型單層囊泡（GUV），通過 DNA 摺紙技術構造可重構納米機器人。

這種機器人能夠在微米尺度上改變周圍環境，並且成功地影響了 GUV 的形狀和功能。

研究人員發現，這些 DNA 納米機器人的轉化可以與 GUV 的變形以及模型 GUV 膜中合成通道的形成相結合。這些通道允許大分子通過膜，並且可以在需要時重新密封。

“這意味着我們可以使用 DNA 納米機器人來設計 GUV 的形狀和配置，以在膜中形成傳輸通道，”該論文的合著者 Stephan Nussberger 教授表示，“令人非常興奮的是，DNA 納米機器人在 GUV 上的功能機制在活細胞中沒有直接的生物對應物。”

具體來說，這些變形的 DNA 納米機器人可以促使 GUV 變形並形成合成通道，允許大分子如治療性蛋白質或酶穿越膜，在需要時還可以重新密封。這表明，DNA 納米機器人可用於設計 GUV 的形態和配置，從而實現膜內運輸通道的形成。

當應用於活細胞時，該系統可以促進治療性蛋白質或酶輸送到細胞中的靶點。因此，它爲藥物和其他治療干預措施的管理提供了新的可能性。

這項創新系統有望將大型治療分子有效地輸送到細胞中，爲更精確的藥物輸送和先進的治療干預措施鋪平道路。