在一项开创性的研究中，来自威尔康奈尔医学院和美国国家卫生研究院下属的国家心肺和血液研究所的研究人员发现，DNA可以通过形成复杂的三维结构来模仿蛋白质的功能。这项研究最近发表在《自然》杂志上，它利用高清成像技术揭示了一个合成的DNA分子的独特和多面的结构。
这个分子被设计用来模拟一种被称为绿色荧光蛋白（GFP）的蛋白质的行为。GFP最初从水母中提取，已成为实验室的一个重要工具，作为细胞内的发光标记或信标。
显示Lettuce结构的插图，Lettuce是一种结合并激活来自绿色荧光蛋白的荧光团的DNA。资料来源：Luiz F.M. Passalacqua
这些发现推动了关于如何使DNA折叠成复杂形状的科学，并将帮助研究人员为各种实验室和临床应用构建这种DNA分子。例如，模仿GFP的全DNA荧光标签通常是生物研究和诊断测试工具中标记目标DNA片段的理想选择，而且制作成本相对低廉。
研究报告的共同作者、格林伯格-斯塔尔药理学教授、威尔康奈尔医学院桑德拉和爱德华-梅耶癌症中心的成员萨米-贾弗里博士说："这些发现真的改变了我们对我们能用DNA做什么的理解。"
自然界中的DNA大多以双链、"扭曲的阶梯"或"螺旋"的形式存在，并作为遗传信息的一个相对稳定的存储。细胞中所有其他复杂的生物过程都是由其他类型的分子完成的，尤其是蛋白质。
去年，Jaffrey博士及其同事报告说发现了一种这样的分子：一种单链DNA，其折叠方式使其能够模仿GFP的活动。这种DNA分子，Jaffrey博士因其荧光发射的颜色而称之为"莴苣"，它通过与另一种小的有机分子，即类似于GFP核心的潜在荧光"荧光团"结合，并以一种激活其荧光能力的方式挤压它而起作用。研究人员展示了莴苣-荧光团组合作为快速检测SARS-CoV-2（COVID-19的原因）的荧光标签。
Jaffrey博士和他的团队通过制作许多单链DNA并筛选出具有所需荧光团激活能力的单链DNA而发现了莴苣。但他们不知道莴苣用什么结构来获得这种能力。为了确定这种结构，他们在新的研究中求助于他们的长期合作者，NHLBI高级调查员Adrian R. Ferré-D'Amaré博士。
在Ferré-D'Amaré博士团队的研究员Luiz Passalacqua博士领导的研究中，使用了先进的结构成像技术，包括低温电子显微镜，以解决莴苣的原子级分辨率结构。他们发现莴苣折叠成一种形状，在其中心有一个四向的DNA连接点，这种类型是以前从未见过的，以激活荧光体的方式包围着它。
他们还观察到，莴苣的折叠是通过核碱基之间的键固定在一起的--这些核碱基是DNA的组成部分，通常被称为四个字母的DNA字母表中的"字母"。
Ferré-D'Amaré博士说："我们所发现的不是DNA试图像蛋白质一样；它是一种DNA，正在做GFP所做的事情，但以它自己的特殊方式。"
研究人员说，这些发现应能加快荧光DNA分子的开发，如用于快速诊断测试的生菜，以及其他一系列科学应用，其中基于DNA的荧光标签是可取的。
Jaffrey博士说："像这样的研究对于创造新的基于DNA的工具将是至关重要的。"