近日，2014國際生物分子設(shè)計(jì)大賽(BIOMOD)在哈佛大學(xué)閉幕。天津大學(xué)7名本科生組成的團(tuán)隊(duì)?wèi){借 “光控DNA核酸分子機(jī)器人”一舉奪得金獎(jiǎng)。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)利用DNA“折紙技術(shù)”，以DNA分子為骨架構(gòu)建了納米級(jí)別的“容器”，并為這個(gè)“容器”設(shè)計(jì)了一個(gè)納米金屬的“鎖”。更妙的是，用來打開“鎖”，開啟容器的鑰匙是光照。利用光照“解鎖”后，“容器”中的藥物即可在特定位置“靶向”釋放，殺死癌細(xì)胞，并有效減少周圍正常細(xì)胞的損傷。

 

　　光控核酸分子機(jī)器人

　　DNA“折紙技術(shù)”是近年來提出的一種全新的DNA自組裝的方法，通過將一條長的DNA單鏈(通常為基因組DNA)與一系列經(jīng)過設(shè)計(jì)的短DNA片段進(jìn)行堿基互補(bǔ)，能夠可控地構(gòu)造出高度復(fù)雜的納米圖案或結(jié)構(gòu)，在新興的納米領(lǐng)域中具有廣泛的潛在應(yīng)用。天大學(xué)生在大賽中設(shè)計(jì)使用一條長的單鏈的M13噬菌體DNA作為腳架（scaffold strand），通過對(duì)200多條短的staple strands（鉸鏈DNA）進(jìn)行編程化設(shè)計(jì)，“折”出具有三維結(jié)構(gòu)的納米級(jí)天津大學(xué)“東門”形狀的“容器”。

 

　　“機(jī)器人并不都是我們想象的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它需要具備自主完成任務(wù)的能力”，參賽隊(duì)隊(duì)長、天大化工學(xué)院學(xué)生劉悅說。這個(gè)具有天津大學(xué)典型標(biāo)志的納米分子機(jī)器人可以利用光的遙感自我控制，自主“解鎖”。天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)把某種納米金屬顆粒作為“鎖”，利用其光熱轉(zhuǎn)化特性，當(dāng)受到遠(yuǎn)程激光照射時(shí)，該納米“鎖”產(chǎn)生熱，將DNA雙鏈“破壞”，從而成功開啟分子”容器”。

 

　　生化藥物仍是人類與疾病斗爭的主要工具，發(fā)展安全高效的藥物靶向輸送和控釋技術(shù)是提高療效、減少藥物用量及其毒副作用的關(guān)鍵。藥物在輸送到人體特定位置后，一般是通過“化學(xué)方法” 控釋，存在特異性不高，可控性不強(qiáng)等問題。而使用這種“光照”的物理方式對(duì)藥物進(jìn)行控釋，提高了對(duì)癌細(xì)胞識(shí)別度，增強(qiáng)可控性。

 

　　該設(shè)計(jì)的獨(dú)創(chuàng)性贏得了大賽評(píng)委的一致好評(píng)，天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)從哥倫比亞大學(xué)、滑鐵盧大學(xué)、東京大學(xué)、香港浸會(huì)大學(xué)等30所知名大學(xué)團(tuán)隊(duì)中脫穎而出，獲得金獎(jiǎng)。“該設(shè)計(jì)部分已獲得了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，在合成生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景“，該團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師齊浩研究員表示。

 

　　獲獎(jiǎng)證書

　　國際生物分子設(shè)計(jì)大賽(BIOMOD)始辦于2011年，是由美國哈佛大學(xué)舉辦的有關(guān)于生物大分子設(shè)計(jì)的國際性比賽，是一場國際間的本科生分子生物學(xué)領(lǐng)域的盛會(huì)。設(shè)計(jì)主要領(lǐng)域包括生物分子機(jī)器人，生物分子邏輯門和計(jì)算，和結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)。作為一項(xiàng)開放式、交流型國際大賽，BIOMOD專注于激發(fā)本科生對(duì)于科研實(shí)驗(yàn)的熱情，旨在鼓勵(lì)年輕的學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作為基礎(chǔ)，在團(tuán)隊(duì)的分工與討論中激發(fā)創(chuàng)意火花，搭建國際本科生之間的相互學(xué)習(xí)、相互交流的舞臺(tái)。天津大學(xué)學(xué)生代表隊(duì)于2011年開始參賽，是中國第一支參賽隊(duì)伍。通過參加該項(xiàng)比賽，學(xué)生們對(duì)于合成生物學(xué)的認(rèn)識(shí)和創(chuàng)新、自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作等方面的能力得到了提升，開闊了科學(xué)視野，能夠了解世界最前沿科技動(dòng)態(tài)，并接觸世界知名的科學(xué)家。

 

　　天大參賽隊(duì)伍

　　今年，在天津大學(xué)副校長元英進(jìn)教授、研究員齊浩的悉心指導(dǎo)下，在天津大學(xué)系統(tǒng)生物工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、天津大學(xué)武清前沿研究院的支持下，學(xué)生們?cè)佾@佳績。