在一项新研究中，印度科学研究所(IISc)生物化学系的研究人员采用了一种创新的成像技术，精确测量了单链DNA中相邻碱基的堆叠强度。这一发现为构建复杂的DNA纳米器件以及深入理解DNA结构的基本特性提供了新的可能性。
每个活细胞的正常运作都依赖于DNA——这一遗传信息载体，承载着细胞生长、功能和繁殖的指令。DNA链通常由四种核苷酸碱基构成——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。一条链上的碱基与另一条链上的碱基配对，形成双链DNA (A与T配对，G与C配对)。
DNA的双螺旋结构由两种相互作用所稳定。碱基对——相对链上碱基之间的相互作用——已被广泛研究，而碱基堆叠——同一链上碱基之间的相互作用——则尚未得到充分探讨。可以将碱基对比作拉链的拉合，而碱基堆叠则像拉链的牙齿，确保连接的紧密与安全。
IISc生物化学系的助理教授Mahipal Ganji指出，碱基堆叠的相互作用通常比碱基配对更为强烈。他是发表在《自然纳米技术》上的这篇论文的通讯作者。
为了研究所有16种可能的碱基堆叠组合，研究团队采用了DNA-PAINT（纳米尺度成像技术）。DNA-PAINT的工作原理是：两条人工设计的DNA链——每条链的末端具有不同的碱基——在室温下放置于缓冲溶液中，会在短时间内随机结合和分离。
研究小组为其中一条链（成像链）标记了荧光团，荧光团在结合过程中会发光，并测试该链在另一条停靠链上的堆叠情况。不同链组合（ba）的结合与解结合过程在荧光显微镜下以图像形式捕获。
该研究的第一作者、生物化学系博士生阿比纳夫·班纳吉解释道，如果堆叠的碱基之间的相互作用较强，则链的结合和解结合所需的时间会增加。因此，研究人员利用从DNA-PAINT获得的数据，建立了一个模型，将结合和解结合的时间与堆叠碱基之间的相互作用强度联系起来。
通过这种技术，团队发现了关于基础堆叠的有趣见解。例如，在DNA链上增加一个碱基堆叠相互作用似乎可以将其稳定性提高250倍。他们还发现，每个核苷酸对都有其独特的堆叠强度。这些信息使研究小组能够设计出一种高效的三臂DNA纳米结构，这种结构有潜力被构建成多面体形状的载体，用于生物医学应用，如针对特定疾病标记物的靶向治疗。
研究人员也在努力改进DNA-PAINT技术本身。Banerjee表示，利用堆叠相互作用，他们计划设计新的探针，以扩展DNA-PAINT的潜在应用。
此外，科学家们指出，这项研究的应用范围超出了成像和纳米技术。Ganji希望这些发现能够用于研究单链和双链DNA的基本特性，进而可能揭示DNA修复机制，而DNA修复机制的失效可能导致包括癌症在内的多种疾病。
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希望本篇文章《尖端的成像技术揭示了DNA链是如何堆积的》能对你有所帮助！
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