第四十三讲

  2022年1月14日,上海药物所“药学前沿承嘏讲坛”第四十三讲在承嘏厅举行。上海交通大学樊春海院士应邀作了题为“核酸信息材料”的专题报告。本期讲坛由上海药物所和九三学社中科院上海分院委员会联合主办、新药研究国家重点实验室和中科院受体结构与功能重点实验室共同承办,药物所学术委员会副主任柳红研究员主持讲坛,药物所百余位研究生和科研人员参加讲坛。
  报告中,樊春海从人类对核酸信息的探索过程开篇,讲述了自1953年DNA双螺旋结构的发现到1968年“中心法则”的确立,直至近些年的基因编辑、基因组测序等,人类对于核酸的探索达到了从结构到功能、再到信息调控的新高度。2020年初新冠疫情爆发,核酸检测成为快速确认病毒感染最有效的手段之一。为了降低检测的“假阴性概率”,樊春海团队建立了国际上第一个新冠病毒RNA核酸检测标准物质,为核酸试剂研发的计量溯源提供了支撑,助力全球疫情防控。
  DNA不仅是一种承载遗传物质的生物分子,还是一种分子信息材料。利用碱基配对原理,通过特定的序列设计,能够衍生出很多自然界不存在的形态。樊春海在国际上率先提出“框架核酸”理念,这种人工设计的结构核酸,其尺寸、形貌和力学特性可程序性调控,为分子识别提供结构支撑。对于如何实现功能化,樊春海的理念充满哲学思想,“老子的《道德经》中有一句话,非常好地诠释了框架的“利用”价值,‘有之以为利,无之以为用’。空屋才能住人,空碗才能盛饭,框架所营造的空间中,‘无’的部分恰恰是其功能所在。”他率领团队利用框架核酸在活细胞内的精确组装与解组装,构筑仿生DNA纳米机器人,发展活细胞内信号通路重编程的新方法,实现细胞内物质与能量的调控,探索在肿瘤等重大疾病中的医学转化。
  接着,樊春海围绕DNA能否作为信息存储介质展开分析。随着现代社会爆炸式的信息存储需求,传统存储工具和云存储能源消耗巨大、传输体积巨大,亟需变革性的存储方式。由此,DNA存储应运而生,并被列入国家“十四五”科技规划和Science125个科学问题。DNA存储是一种建立在生化反应基础上,利用碱基配对原则,行驶信息处理或存储功能的分子运算与存储形式。“1000万块硬盘的数据用50克DNA就可以存下来”,然而目前DNA存储技术还面临极大挑战,需要突破容量极限,降低合成成本。樊春海提出并发展了一种通用的“元DNA”组装方法,突破了微米尺度DNA组装的瓶颈,并构建了一系列DNA组装结构,基于这些核酸框架发展出高维DNA存储。通过建立仿生矿化数据存储平台,可以实现DNA数据长期稳定保存。
  报告充分展现了生物、化学、物理等多学科的交叉及生物信息与技术信息的交融。会后,现场师生就DNA合成与存储、生命科学及纳米材料等交叉学科领域的相关问题与樊春海进行了深入讨论和交流。柳红为其颁发了讲坛纪念证书。
  樊春海,中国科学院院士,上海交通大学王宽诚讲席教授,九三学社第十四届中央委员会委员。现任上海交通大学转化医学研究院执行院长、国家转化医学科学中心唐仲英首席科学家,入选美国科学促进会(AAAS)、国际电化学学会(ISE)、美国医学和生物工程院(AIMBE)和英国皇家化学会(RSC)会士。主要从事核酸化学、生物传感和生物计算方面的研究。发表论文500余篇,引用5万余次,H因子>110,近七年连续入选“全球高被引科学家”。

上海交大樊春海院士作承嘏讲坛专题报告
药物所柳红研究员为上海交大樊春海院士颁发讲坛纪念证书
部分与会人员合影
(供稿部门:中科院受体结构与功能重点实验室;供稿人:刘璐)