碳纳米管对DNA分子复制过程的影响研究

碳纳米管是一种新型的一维纳米材料，可以作为载体携带DNA分子进入细胞发挥生物医学作用。由于碳纳米管和DNA分子一样具有较大的长径比，且单链、双链DNA分子均与其发生非共价相互作用，甚至改变DNA构象，所以有必要从分子水平研究其生物学效应。本申请拟采用分子生物方法研究碳纳米管对DNA复制过程的影响，主要考察DNA聚合酶的聚合能力、延伸能力以及产物的特异性、忠实度。一方面研究碳纳米管对不同类型双链DNA复制行为的影响，主要针对高GC和长片段等特殊DNA模板的扩增，开发基因扩增的新方法；另一方面利用单链DNA对碳纳米管易缠绕的性质，结合原子力显微镜操纵技术对单链DNA进行单分子操作。研究不同条件下，DNA聚合酶活性的改变，最后采用rpsL基因检测碳纳米管造成的产物DNA分子忠实度的变化。通过碳纳米管对DNA模板、DNA聚合酶和终产物DNA分子等方面影响的研究，从分子水平揭示碳纳米管的生物学效应。

本项目采用分子生物学的方法研究碳纳米管对DNA复制过程的影响，通过碳纳米管对DNA模板、DNA聚合酶和复制终产物DNA分子等方面影响的研究，从分子水平揭示碳纳米管的生物学效应。研究发现单壁碳纳米管不但可以增强Taq 与Pfu DNA聚合酶活性，提高DNA聚合酶的延伸速度，而且降低DNA聚合酶的错误率，提高基因扩增的保真度，因此可应用于长片段PCR反应。碳纳米管可以影响DNA分子的热变性，改变DNA分子结构对温度的敏感性，有利于PCR反应。同时，碳纳米管可以与DNA分子直接结合，促进DNA分子的积聚，因此也可以作为环介导等温扩增反应和滚环扩增反应的增效剂。此外，本项目通过原子力显微镜研究了单壁碳纳米管与DNA分子的结合作用以及DNA的单分子操纵技术，并探索性的开展了碳纳米管影响微生物及其基因组DNA结构的初步研究。目前发表核心期刊6篇，SCI论文4篇，获得授权发明专利一项。通过本项目的开展，对于碳纳米管在分子生物学技术领域中的进一步应用具有一定的指导作用。