作者：李鹏飞
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途径工程实验室在人工智能与酶工程交叉研究领域取得重要进展。由动漫av
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吴海珍教授团队领衔的研究成果，以“Machine Learning-Optimized Long Single-Stranded DNA Synthesis Technology Empowers High-Precision Diagnostic-Therapeutic Integration in Living Cells”为题，正式发表于国际顶尖期刊Nucleic Acids Research上。该研究开创性地将机器学习算法与酶法DNA合成技术深度融合，为癌症等疾病的精准诊疗提供了全新策略与工具。
长单链DNA是构建DNA纳米结构、开发基因治疗载体及分子诊断探针的关键材料，但其高效、高纯度合成，尤其是超过万碱基的长链制备，一直是国际公认的技术瓶颈。研究团队针对这一难题，成功开发了名为“Ouroborosyn-ssDNA”的智能酶辅助复制平台。该平台通过机器学习算法对反应体系的温度、离子浓度及关键酶（phi29 DNA聚合酶与Nb.BbvCI切口酶）比例等多参数进行全局优化，首次系统揭示了镁离子动力学与温度协同调控phi29 DNA聚合酶进程性的关键规律。在优化的创新甲酸盐缓冲体系中，该技术实现了长度高达15000个核苷酸的高纯度单链DNA的规模化合成，其产量达到同类商业化试剂方法的4.73倍，纯度完全满足临床应用标准。
尤为引人注目的是，团队进一步开发了基于金电极模板固定与磁珠纯化的固相合成技术，实现了合成产物高达86.38%的高效回收，为技术的产业化转化奠定了坚实基础。研究将合成的高质量长链单链DNA成功应用于复杂的DNA纳米结构精准构筑，设计并构建了可高效装载CRISPR-Cas9基因编辑系统的六螺旋束DNA折纸结构。该纳米平台利用特异性sgRNA的引导，在宫颈癌SiHa细胞模型中实现了对HPV病毒E7致癌基因的精准敲除治疗。
更具突破性的是，该DNA纳米平台创新性地集成了绿色荧光蛋白报告系统，能够在进行基因治疗的同时，对治疗效果进行实时、可视化的荧光诊断，首次在单一纳米体系中真正实现了“诊断-治疗”一体化功能。扫描电镜成像结果证实，所合成的单链DNA形态均匀、二级结构可控，为功能纳米平台的可靠构建提供了保障。
该研究通过“机器学习优化生物催化”这一多学科交叉创新路径，实现了从酶反应理性设计、合成工艺智能优化到高端生物医学应用的全链条突破。所建立的高效长链单链DNA制备技术，不仅为DNA纳米机器、分子计算机等前沿基础研究提供了关键材料支撑，更在基因治疗、新型疫苗开发及分子诊断等生物医学领域展现出广阔的应用前景。特别是在mRNA疫苗与基因治疗快速发展的当下，该技术有望显著加速相关药物的研发进程。
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2025届硕士毕业生张悦（现就职于上海市控江中学）为论文第一作者，动漫av
李鹏飞老师、吴海珍教授为论文共同通讯作者，张惠展教授深度指导了该研究。
原文链接：
//academic.oup.com/nar/article/54/4/gkag131/8474398?searchresult=1