生物工程学家发现了一种定制病毒粒子大小和形状的方法。这种新方法将病毒蛋白构件和DNA模板结合在一起，有望应用于疫苗制造和药物输送领域。病毒噬菌体蛋白是病毒基因组的保护罩，可作为创建结构严谨的蛋白质组装体的基础。然而，它们的形状和几何结构主要取决于病毒株。无论原始病毒蓝图如何，重新编程这些组合体都为药物输送和疫苗开发等领域带来了诱人的可能性。
DNA 折纸纳米结构（蓝色）可用于设计病毒颗粒（灰色）的形状。直径为 28 纳米的原生噬菌体显示为绿灰色。资料来源：Mauri A. Kostiainen/阿尔托大学
科研团队通过生成"结构化基因组"模板来组装囊壳蛋白，从而解决了这一难题。他们利用刚性DNA折纸结构来防止柔性基因组变形和形成不需要的形状。这些结构的尺寸很小，从几十纳米到几百纳米不等，但完全由 DNA 构成，并被精确地折叠成所需的模板形状。
"我们的方法基于 DNA 纳米结构的负电荷与帽状蛋白的正电荷结构域之间的静电相互作用，以及单个蛋白之间的内在相互作用。通过改变蛋白质的用量，我们可以微调高度有序的蛋白质层的数量，从而将DNA折纸封装起来，"论文第一作者、阿尔托大学博士研究员伊里斯-塞茨（Iris Seitz）说。
"通过使用 DNA 折纸作为模板，我们可以引导噬菌体蛋白形成用户定义的大小和形状，从而形成长度和直径都非常明确的组合体。通过测试各种 DNA 折纸结构，我们还了解了模板的几何形状对整个组装的影响，"Seitz 补充说。
"在低温电子显微镜成像技术的帮助下，我们能够观察到组装后高度有序的蛋白质，并由此测量出不同模板对组装几何形状产生的微小变化，"赫尔辛基大学的合作科学家 Juha Huiskonen 教授解释说。
"我们发现了一种简单而有效的策略，可以将帽状蛋白（重新）引导到所需的形状。这种方法适应性强，因此并不局限于单一的噬菌体蛋白类型，正如我们用四种不同病毒的噬菌体蛋白所证明的那样。此外，我们还可以调整我们的模板，使其更贴近应用，例如将 RNA 整合到折纸中，然后将其转化为有用的或特定位点的蛋白质，"该研究项目负责人阿尔托大学教授 Mauri Kostiainen 解释说。
虽然DNA折纸结构是一种很有前途的生物系统接口材料，但它们存在不稳定性，尤其是在有DNA降解酶存在的情况下。
"但在实验中，我们可以清楚地观察到，蛋白质层能有效保护封装的 DNA 纳米结构不被降解。"Kostiainen 总结说："通过将保护与核酸折纸的功能特性相结合，包括将 DNA 或信使 RNA 与其他货物分子一起输送的可能性，我们相信我们的方法为生物医学工程提供了有趣的未来方向。"