1. Nature Materials: 用單鏈DNA編程納米粒子
自然界已經進化出在單個生物聚合物中編碼信息的策略，以編程具有特征性化學計量、正交性和可重構性的生物分子相互作用。然而，用于編程分子反應或組裝的合成方法通常依賴于使用多條聚合物鏈（例如，斑片狀顆粒）。于此，上海交通大學樊春海院士和荷蘭格羅寧根大學諾獎得主Ben L.Feringa等人展示了一種利用含有聚腺嘌呤（polyA）的單鏈DNA編碼器來圖案化具有價鍵類似物的膠體金納米粒子的方法。
通過用交替的polyA/非polyA結構域編程每個編碼器的順序、長度和序列，研究人員合成了具有n價的可編程類原子納米粒子（PANs），可用于組裝一系列具有不同組成、大小、手性和線性的低配位膠體分子。此外，利用PANs的可重構性，研究人員展示了動態膠體鍵斷裂和鍵形成反應、結構重排甚至布爾邏輯運算的實現。這種方法可能有助于生成響應性功能材料，以用于不同的技術領域。
Yao, G., Li, J., Li, Q. etal. Programming nanoparticle valence bonds with single-stranded DNAencoders. Nat. Mater. (2019)
DOI: 10.1038/s41563-019-0549-3
https://doi.org/10.1038/s41563-019-0549-3
2. Nature Biotechnology：基于DNA的新型儲存材料
DNA存儲提供了大量的信息密度和超常的半衰期。近日，瑞士聯邦理工Robert N. Grass與以色列Erlich實驗室Yaniv Erlich的研究小組合作，開發了一種信息存儲結構，其能夠用于創造具有嵌入式儲存的材料。研究人員設計了一種叫做“DNA-of-things”（DoT）存儲體系結構來生產具有不變內存的材料。在DoT框架中，DNA分子記錄數據，然后將這些分子封裝在納米二氧化硅珠中，這些二氧化硅珠被融合成各種材料，用于打印或鑄造任何形狀的物體。
首先，研究人員將DoT應用于三維打印斯坦福兔子（Stanford Bunny）的過程，其中包含一個45 kB的數字DNA藍圖以進行合成。研究人員合成了五代的兔子，每一代都是從上一代的記憶中合成的，沒有額外的DNA合成或信息降解。為了測試DoT的可擴展性，研究人員將一段1.4MB的視頻存儲在有機玻璃眼鏡鏡片的DNA中，然后通過切除有機玻璃的一小塊并對嵌入的DNA進行測序來獲取它。DoT可以用于在醫療植入物中存儲電子健康記錄，在日常對象（隱寫術）中隱藏數據，并制造包含自己藍圖的對象。它還可以促進自我復制機器的發展。
Julian Koch, SilvanGantenbein, Kunal Masania, et al. A DNA-of-things storage architecture to create materialswith embedded memory. Nature Biotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41587-019-0356-z
https://www.nature.com/articles/s41587-019-0356-z
3. JACS：功能性DNA調控CRISPR-Cas12a傳感器用于非核酸靶標診斷
除了其非凡的基因組編輯能力外，CRISPR-Cas系統由于其高堿基分辨率和等溫信號放大能力，開辟了生物傳感應用的新紀元。然而，已報道的CRISPR-Cas傳感器大多只用于核酸的檢測，對非核酸靶標的應用有限。為了充分發揮CRISPR-Cas傳感器的潛力，擴大其在非核酸靶標檢測和定量方面的應用，在此，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Yi Lu、南昌大學熊勇華、南京大學張晶晶等人報道了CRISPR-Cas12a傳感器，它受功能性DNA（fDNA）分子（如對小有機分子和金屬離子檢測具有選擇性的適體和DNA酶）的調控，傳感器基于Cas12a依賴的報告系統，由Cas12a、CRISPR RNA(crRNA)及其兩端標記有熒光團和猝滅劑的單鏈DNA底物(ssDNA-FQ)和fDNA分子組成，fDNA分子可以鎖定Cas12a-crRNA的DNA激活劑，在沒有fDNA靶標的情況下阻止Cas12a的ssDNA切割功能。
fDNA靶標的存在可以觸發DNA激活劑的解鎖，從而激活Cas12a對ssDNA-FQ的切割，增加可被商用便攜式熒光計檢測到的熒光信號。使用該方法，可以在環境溫度(25°C)下使用簡單快速的檢測流程(兩步，<15分鐘)定量檢測ATP和Na+，從而使fDNA調控的CRISPR系統適用于現場測試或護理點診斷。由于fDNAs可以識別多種目標，因此本研究所展示的方法可以將這種強大的CRISPR-Cas傳感器系統顯著擴展到許多其他目標，從而為CRISPR-Cas系統顯著擴展到生物分析和生物醫學應用的許多領域提供了一個新的工具。
Ying Xiong, Jingjing Zhang, Zhenglin Yang, etal. Functional DNA Regulated CRISPR-Cas12a Sensors for Point-of-CareDiagnostics of Non-Nucleic-Acid Targets, J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b09211
4. JACS：DNA連接配體觸發DNA損傷
DNA和RNA聚合酶沿其雙鏈底物的易位導致DNA超螺旋。這種扭轉應力會促進包括三向DNA連接(TWJ)在內的螺旋結構的形成，這些螺旋結構可以阻止DNA交換并導致DNA損傷。盡管細胞已經進化出多種機制來阻止這種結構的積累，但通過特定配體穩定TWJ，為高水平轉錄和復制的細胞(如癌細胞)觸發DNA損傷提供了機會。
在此，法國勃艮第大學分子化學研究所David Monchau、巴黎薩克萊大學Anton Granzhan、圖盧茲大學Sébastien Britton等人開發了一系列氮雜密碼子基的TWJ配體，在體外詳細表征了它們與TWJ的相互作用特性，并證明了它們在快速分裂人類癌細胞時觸發DNA損傷的能力。同時還證明了TWJ配體在與DNA修復抑制劑結合后，可適用于化學誘導的合成致死策略，從而為癌癥的創新藥物組合鋪平了道路。
Katerina Duskova, Pauline Lejault, élieBenchimol, et al. DNA Junction Ligands Trigger DNA Damage and Are SyntheticLethal with DNA Repair Inhibitors in Cancer Cells. J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11150
5. JACS：DNA toehold開關編程藥物釋放動力學
盡管智能藥物遞送系統(DDSs)具有較高的遞送效率和更好的化療效果，但以可控的方式在靶向腫瘤細胞中精準釋放藥物仍然具有挑戰性。在此，華東師范大學裴昊研究團隊開發了DNA toehold開關工程球形核酸模板水凝膠(SNAgel)，用于靶向癌細胞中化療(腫瘤殺傷)藥物的現場主動爆發釋放。
通過在雜交鏈式反應(HCR)產生的SNAgel上設計配體特異性的toehold序列，以及對動力學的主動動態控制，實現了有效載荷在60.52到5.49 min寬 t1/2范圍內的爆發釋放。SNAgel以致密的DNA外殼偽裝，能夠在體內延長血液循環、靶向聚集、細胞進入和誘導凋亡。無論是在癌細胞系還是在荷瘤小鼠的異種移植瘤中，SNAgels的增強抗癌活性均得到證實。這種DNA工程的動力學控制方法為開發用于癌癥治療的DDSs模式轉換提供了新思路。
Mingshu Xiao, Wei Lai, Fei Wang, et al.Programming Drug Delivery Kinetics for Active Burst Release with DNA ToeholdSwitches. J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b10765
