论文部分内容阅读
单个原子、分子的纳米操纵不仅可以组装成不同的纳米图形和结构,也能够打开某些分子的化学键,诱发分子间的化学反应。近年来,光镊、磁镊和原子力显微镜的发展更是使得操纵生物分子变得游刃有余。这些纳米操纵技术主要是通过将机械力施加到生物分子上导致DNA的拉伸或蛋白分子的去折叠,根据这个过程中对所施加的机械力的反应,可得出DNA或蛋白分子的拉弹性。不仅如此,生物分子相互作用的动力学研究也日益蓬勃发展起来。
生物分子的纳米操纵技术的确为生命科学的进步开辟了一条崭新的道路,然而,问题是,给生物分子,如DNA施加机械力,有没有可能造成DNA的损伤或突变呢?
AFM对DNA分子等生物样品成像、操纵过程中,不可避免地通过探针对DNA施加了一定的机械力。将DNA分子拾取后扩增即是经过机械力作用后的DNA分子,比较经过AFM成像和纳米操纵后的DNA的序列和未经过成像、操纵的DNA序列可知,便可得到机械力是否会增加DNA的突变率。
欲善其事,先利其器。
首先要提高AFM拾取DNA的效率,AFM探针是关键。研究发现,拾取DNA之前先将探针在特定衬底上磨损,以增加探针的曲率半径达到增加探针和DNA之间的相互作用力,大大提高拾取效率。并且进一步验证了在裸云母上磨损探针比在APTES修饰的云母表面磨损的探针更有利于DNA拾取,后者容易在纳米操纵过程中,从探针上掉落东西到样品上。而在裸云母上磨损的探针既能高效率拾取DNA,又可以保持表面的干净。
第二,低拷贝DNA的PCR效率也是叵待解决的问题。实验对照了两组拾取DNA的PCR效率,一组直接扩增原长,一组避开了拾取DNA的末端序列,采用巢式PCR。结果发现,巢式扩增效率远远高于原长扩增效率。也就是说,在AFM纳米操纵过程中,AFM探针损伤了DNA的末端。
基于以上研究结果,我们才可以走得更远。本论文研究了AFM纳米操纵过程中,机械力对pBR322 DNA突变的影响。实验结果显示机械力使得DNA的突变率大大增加,更令人感到惊讶的是,在AFM成像和操纵后,有一个位点的突变率明显比其它位点的高。这是在过去没有被发现过的,并且是和我们对DNA突变的常识相矛盾的。研究证明:机械力的确诱导了体外DNA的突变,还诱导了DNA的特异位点突变。