近日，重点实验室黄承志教授团队在蛋白质-DNA杂化纳米结构研究领域取得重要进展，相关成果以 “Assembly of Protein-DNA Framework Nanostructures: Structurally Defining Protein-DNA Interfaces With Aptamer” 为题发表在国际化学领域权威期刊 《Angewandte Chemie International Edition》。

一、研究背景

DNA纳米技术凭借其优异的可编程性和结构可预测性，已成为构建复杂纳米结构的重要工具，在生物传感、分子诊断、药物递送等领域展现出广阔应用前景。相比之下，蛋白质具有丰富的催化、识别和调控功能，是构建功能化纳米体系的重要组成部分。因此，将DNA的结构优势与蛋白质的功能优势相结合，构建蛋白质-DNA框架（Protein-DNA Framework，PDF）纳米结构，被认为是发展新型生物纳米材料的重要方向。然而，如何实现蛋白质与DNA之间稳定、精准且可预测的连接一直是该领域面临的重要挑战。

二、研究内容

研究团队提出利用适配体作为蛋白质与DNA之间的“结构化接口”。适配体是一类能够特异性识别目标蛋白的核酸分子，兼具蛋白识别能力和DNA结构可编程特性，为构建蛋白质-DNA杂化体系提供了理想桥梁。研究中，团队设计了一系列双价凝血酶适配体，并将其与凝血酶协同组装，成功构建了多种蛋白质-DNA框架结构，包括DNA三角形、三维棱柱、线性和环状寡聚体、一维链状结构以及二维阵列等。通过适配体的精准识别和空间约束作用，实现了蛋白质在DNA纳米结构中的有序排列和可控组装。同时，研究团队引入人工智能结构预测工具AlphaFold 3，对蛋白质-适配体复合体系进行结构建模和优化设计。借助AlphaFold 3的预测能力，研究人员能够快速评估不同设计方案的合理性，大幅提高结构设计效率和成功率。为验证该策略的普适性，团队进一步将其推广至恶性疟原虫乳酸脱氢酶（Pf LDH）体系，同样实现了蛋白质-DNA框架结构的成功组装，证明了该方法具有良好的通用性和扩展性。

三、研究意义

该研究建立了一种基于适配体的蛋白质-DNA界面理性设计新策略，实现了蛋白质功能模块与DNA结构模块的精准整合，有效解决了蛋白质-DNA杂化体系中界面设计困难的问题。此外，本研究将人工智能结构预测工具AlphaFold 3引入DNA纳米结构设计过程，展示了人工智能辅助生物纳米材料设计的巨大潜力，为未来复杂生物体系的理性设计提供了新范式。