第四十三講

  2022年1月14日,上海藥物所“藥學前沿承嘏講壇”第四十三講在承嘏廳舉行。上海交通大學樊春海院士應邀作了題為“核酸信息材料”的專題報告。本期講壇由上海藥物所和九三學社中科院上海分院委員會聯合主辦、新藥研究國家重點實驗室和中科院受體結構與功能重點實驗室共同承辦,藥物所學術委員會副主任柳紅研究員主持講壇,藥物所百余位研究生和科研人員參加講壇。
  報告中,樊春海從人類對核酸信息的探索過程開篇,講述了自1953年DNA雙螺旋結構的發現到1968年“中心法則”的確立,直至近些年的基因編輯、基因組測序等,人類對于核酸的探索達到了從結構到功能、再到信息調控的新高度。2020年初新冠疫情爆發,核酸檢測成為快速確認病毒感染最有效的手段之一。為了降低檢測的“假陰性概率”,樊春海團隊建立了國際上第一個新冠病毒RNA核酸檢測標準物質,為核酸試劑研發的計量溯源提供了支撐,助力全球疫情防控。
  DNA不僅是一種承載遺傳物質的生物分子,還是一種分子信息材料。利用堿基配對原理,通過特定的序列設計,能夠衍生出很多自然界不存在的形態。樊春海在國際上率先提出“框架核酸”理念,這種人工設計的結構核酸,其尺寸、形貌和力學特性可程序性調控,為分子識別提供結構支撐。對于如何實現功能化,樊春海的理念充滿哲學思想,“老子的《道德經》中有一句話,非常好地詮釋了框架的“利用”價值,‘有之以為利,無之以為用’??瘴莶拍茏∪?,空碗才能盛飯,框架所營造的空間中,‘無’的部分恰恰是其功能所在?!彼暑I團隊利用框架核酸在活細胞內的精確組裝與解組裝,構筑仿生DNA納米機器人,發展活細胞內信號通路重編程的新方法,實現細胞內物質與能量的調控,探索在腫瘤等重大疾病中的醫學轉化。
  接著,樊春海圍繞DNA能否作為信息存儲介質展開分析。隨著現代社會爆炸式的信息存儲需求,傳統存儲工具和云存儲能源消耗巨大、傳輸體積巨大,亟需變革性的存儲方式。由此,DNA存儲應運而生,并被列入國家“十四五”科技規劃和Science125個科學問題。DNA存儲是一種建立在生化反應基礎上,利用堿基配對原則,行駛信息處理或存儲功能的分子運算與存儲形式?!?000萬塊硬盤的數據用50克DNA就可以存下來”,然而目前DNA存儲技術還面臨極大挑戰,需要突破容量極限,降低合成成本。樊春海提出并發展了一種通用的“元DNA”組裝方法,突破了微米尺度DNA組裝的瓶頸,并構建了一系列DNA組裝結構,基于這些核酸框架發展出高維DNA存儲。通過建立仿生礦化數據存儲平臺,可以實現DNA數據長期穩定保存。
  報告充分展現了生物、化學、物理等多學科的交叉及生物信息與技術信息的交融。會后,現場師生就DNA合成與存儲、生命科學及納米材料等交叉學科領域的相關問題與樊春海進行了深入討論和交流。柳紅為其頒發了講壇紀念證書。
  樊春海,中國科學院院士,上海交通大學王寬誠講席教授,九三學社第十四屆中央委員會委員?,F任上海交通大學轉化醫學研究院執行院長、國家轉化醫學科學中心唐仲英首席科學家,入選美國科學促進會(AAAS)、國際電化學學會(ISE)、美國醫學和生物工程院(AIMBE)和英國皇家化學會(RSC)會士。主要從事核酸化學、生物傳感和生物計算方面的研究。發表論文500余篇,引用5萬余次,H因子>110,近七年連續入選“全球高被引科學家”。

上海交大樊春海院士作承嘏講壇專題報告
藥物所柳紅研究員為上海交大樊春海院士頒發講壇紀念證書
部分與會人員合影
(供稿部門:中科院受體結構與功能重點實驗室;供稿人:劉璐)