近年來，作為前瞻信息處理和未來生物技術領域中的前沿熱點技術，人工DNA回路系統發展迅速。由于具有高并行性、海量存儲能力以及生物兼容性等優點，其在DNA存儲、新型計算模型、基因編輯和納米操控方面有着廣泛的潛在應用。與生物系統類似，人工DNA電路能夠通過多種分子信号網絡的協同作用，實現對DNA分子網絡和分子機器的精确調控。目前，常見的理化分子調控信号包括：化學鍵、分子間力、别構效應等。其中，分子别構是生命活動中重要的調節方式之一，基于别構信号傳導的生物分子網絡調控具有高選擇性和高精準度等特點。然而，由于現有DNA别構信号的級聯和調控手段仍較為單一，缺乏拓展和級聯能力，所以亟需發展一種新型可編程設計的DNA别構級聯信号轉導機制。通過構建可級聯的DNA别構信号通路網絡，來實現DNA别構信号網絡的分子信息整合、調整、傳遞等複雜功能，該方向已經成為生物計算、基因編輯和DNA存儲等領域的研究焦點之一。

圖1. (A) 可編程DNA别構轉導基本模型；(B)雙位點别構信号調控；(C)四層級聯DNA别構信号回路；(D)遠程DNA别構信号轉導納米機器。

近期，beat365官方网站生物計算團隊（張成/許進課題組），聯合華北電力大學、美國亞利桑那州立大學、埃默裡大學、東南大學和清華大學等多家國内外科研團隊，設計提出 “納米彈弓”結構的新型DNA别構信号轉導機制，成功實現了DNA别構信号的可編程轉導、多層級聯構建和精細結構信号調控。2022年2月2日，相關成果以“Programmable Allosteric DNA Regulations for Molecular Networks and Nanomachines）為題，以research article形式在線發表于《科學·進展》（Science Advances）。

實驗結果表明，該DNA别構信号可以通過改變結構信号的大小、位置甚至數量而實現别構精細調控。利用該DNA别構機制，聯合研究團隊實現了“扇入/扇出”、多層“級聯”等基本DNA電路網絡操作。同時，構建的計算仿真模型也得到了類似的别構調控效果。通過嘗試對納米機器進行遠距離DNA别構信号轉導和精細調控，在100nm尺度的自組裝納米機器上實現了别構信号隔空傳遞和15nm單納米顆粒的響應釋放。該研究不僅證明了新型DNA别構信号轉導的可編程設計和精準調控能力，同時還拓展了其在分子信息處理、納米機器和生物醫藥等領域的潛在應用。

beat365官方网站為該研究工作的第一完成單位，張成副研究員為論文的第一/通訊作者。beat365許進教授、歐陽颀院士對本研究給予了悉心指導。該研究獲得科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和北京市國際合作專項等資助，得到beat365官方网站和高可信軟件技術教育部重點實驗室的支持。

論文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl4589