天津大學仰大勇課題組：DNA工程系統用于改善人類環境健康

近期，天津大學化工學院仰大勇教授課題組在納米技術領域權威期刊《Nano Today》上發表了題為?“DNA-based engineering system for improving human and environmental health: identification, detection, and treatment” 的綜述文章（DOI：10.1016/j.nantod.2020.100958）。作者結合課題組自身的研究工作，介紹了DNA工程系統在水環境污染源識別、致病菌檢測和藥物治療三個領域的研究進展。天津大學化工學院和美國康奈爾大學博士后廖人寬為該文第一作者，合作者包括美國康奈爾大學羅丹教授等。

當前，水污染對人類和環境健康構成嚴重威脅，對人類社會可持續發展帶來了重大挑戰。據報道，發展中國家90%的廢水未經處理就被排放進水體，對水質造成極大影響。血吸蟲病、瘧疾、霍亂和腹瀉等多種疾病與水污染直接相關，飲用受污染的水是全球死亡的主要原因，而缺乏診斷、預防和治療措施進一步加劇了這種情況。水污染源的識別、水中病原體的檢測以及采取何種藥物治療措施之間具有高度的關聯，傳統工程系統一般采取彼此獨立的策略來應對這些挑戰，效果有限且費時費力。

DNA分子具有遺傳功能、生物相容性、納米級可控性、可編程性和分子識別能力等獨特優點，本文提出以DNA分子作為基質材料，構建功能性納米工程系統來制定有針對性且高效的應對策略，從而改善人類和環境的健康。在應對水污染及其健康風險挑戰過程中，首先采用DNA?示蹤劑來識別水污染源，制定水污染源控制方案，進而應用DNA條形碼來檢測水中病原體的種類，確定合適的治療手段，最后采用DNA水凝膠快速生產疫苗蛋白并實現藥物的準確遞送。在明確DNA工程系統作用原理的基礎上，系統總結三種DNA工程系統（DNA?示蹤劑、DNA條形碼和?DNA水凝膠）的設計、制備和應用流程，詳細梳理了各自的典型研究案例及發展脈絡，重點分析了DNA示蹤劑應用于地表及地下水體污染物運移示蹤的技術模式，對比了DNA條形碼不同設計方案在致病菌檢測上的特點，評價了DNA?水凝膠在疫苗蛋白生產和藥物遞送上的效果。最后，指出了DNA工程系統在未來發展所面臨的問題和挑戰，并展望了重點的研究方向。DNA工程系統在水環境健康領域的應用尚處于初步階段，不同DNA子系統的有機結合有助于更大程度地發揮DNA分子的功能特性，為改善人類環境健康做出更大的貢獻。

圖1.?DNA工程系統（DNA示蹤劑、DNA條形碼和?DNA水凝膠）應用于水污染源識別、致病菌檢測和藥物治療

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.100958

本文由作者投稿。