生物无机研究组在DNA分子开关及分子逻辑密码构建研究中取得重要进展

为疾病基因诊断奠定了一定的基础

逻辑门是电子计算机中实现逻辑运算的基础，通常由晶体管构成。一高一低的两股电流在通过这“扇”门后，会产生“高”与“低”的两种信号，分别代表逻辑上的“真”与“假”，或二进制中的“0”和“1”。分子开关与逻辑门具有相似性，分子开关将输入刺激(化学信号、生物信号、电信号、光信号等)转变成输出信号。因此二进制逻辑规则同样可应用于分子开关的信号转换，从而构建分子计算机的主要部件之一分子逻辑门。日前，我系生物无机课题组石硕副教授、姚天明教授基于人体RET原癌基因(RET)，通过小分子诱导DNA构象变化，构建了包含六个逻辑门的逻辑网络，进而实现了逻辑门级联，成功设置了DNA为基础的密码锁，设计出了基于DNA的奇偶数区分器，该研究可为疾病基因诊断奠定一定的基础。最新研究成果“A RET-Supported Logic Gate Combinatorial Library to Enable Modeling and Implementation of Intelligent Logic Functions” 发表于国际知名期刊Chemical Science (IF=9.211)上，http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/sc/c5sc03570h。论文第一作者为该课题组博士生高如如同学。

DNA构象的多态性与许多病变密切相关，其中最著名的是恶性肿瘤。G-四链体结构是一种特殊的DNA二级结构，能形成G-四链体的DNA序列广泛的存在于染色体的许多重要区域，如端粒和癌基因启动子区。石硕等通过金属配合物的配体设计，实现了G-四链体DNA的荧光开关控制((Chem. Eur. J. 2015, 21, 13390 – 13400. (IF = 5.731))；利用手性配合物实现了对平行、反平行和混合型四链体DNA的立体选择性识别 ((Chem. Eur. J. 2015, 21, 11435 – 11445.(IF = 5.731))；并通过理论计算解释了相关结果 ((Dalton Trans., 2015, 44, 19264–19274.(IF= 4.197))。

基于DNA构象的变化、适配体和金属配合物等，成功实现了系列生物分子：抗癌药物Coralyne ((Biosensors and Bioelectronics, 2015, 71, 439–444. (IF= 6.409))；组氨酸 ((Biosensors and Bioelectronics, 2015, 66, 103-108.(IF= 6.409))，抗凝血分子Heparin ((Biosensors and Bioelectronics, 2014, 55, 174-179. (IF= 6.409))和Hg2+ ((Scientific Reports, 2014, 4, 5320. (IF = 5.578)) 的检测。

石硕博士师从计亮年院士，2007年博士毕业后进入同济老员工物无机课题组工作至今，一直致力于金属抗癌药物、DNA构象识别、DNA分子器件设计等领域的研究，历任讲师、副教授，目前已主持两项国家自然科学基金，发表SCI论文50余篇，引用1000余次，其中进入同济至今，与姚天明教授合作，已发表SCI收录论文第一作者12篇、通讯作者28篇。

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