“惟楚有材，于斯为盛。”作为土生土长的湖南人，院士回国后在湖南大学创建了分子科学与生物医学实验室（MBL）。
(资料图片)
在院士的团队中，多名成员都有着从学生成为老师的经历，副教授就是其中之一。从本科到博士，都就读于湖南大学。
当回顾自己的求学之路时，他说：“我觉得很幸运能在学生时代进入湖大，能加入湖南大学分子科学与生物医学实验室，能得到老师、老师等老师的指导。
如今当我以老师的身份重新回到湖大，面对白纸一样的新生时，又像看到了当年的自己。”
在和学生一起成长时，他会为学生的进步感到满足，也会为学生又踩了自己曾经踩过的坑而觉得惋惜和自责。而这些都更加让他深刻认识到当初自己的老师在他身上所耗费的心血，这也更加让认识到教师这一职业所肩负的神圣使命。
在谭蔚泓院士和的指导之下，博士研究生陈凤鸣发表了一篇一作论文，院士和担任共同通讯作者，相关论文发表在 ACS Nano上。研究中，他们设计了一款基于 DNA 反应网络的前馈控制系统（DFFCS）。作为一款中央控制器，DFFCS 能以时空调节的方式，编程纳米结构的动态行为。
图 | 吕一帆（来源：）
在这项研究中，该团队以基于 DNA 瓦片自组装的 DNA 纳米管为结构模型，构建了基于 DNA 动态反应网络的前馈抑制系统和前馈激活系统，实现了受 DFFCS 控制的 DNA 纳米管的时空自校正和分层组装。
通过将三种类型 DNA 瓦片的操作逻辑，与 DNA 反应网络的控制功能进行有机整合，他们发现 DNA 纳米管的动态行为可以被编程到 DNA 反应网络中，并且能被前馈系统控制。
他们还构建了基于油包水液滴的人工细胞简化模型，并将 DFFCS 控制的 DNA 纳米管内置为人工细胞骨架，通过跟踪人工细胞器的运动情况，研究了动态人工细胞骨架对于人工细胞区室化的影响。
（来源：ACS Nano）
概括来说，他们借助一个通用型网络基元，成功控制了可编程纳米结构的动态行为，证明基于 DNA 反应网络的人工分子系统在模拟类生物活性方面拥有巨大潜力。
（来源：ACS Nano）
此次工作所提出的控制策略，即使用分子反应网络作为控制中心来控制 DNA 纳米管的方法，也适用于其他的可编程纳米材料，并能用于构建具有动态行为的仿生机器人系统。
同时，作为一种受控对象，可编程纳米结构也能和蛋白质、抗体或适体等生物功能分子偶联，在分子反应网络的指导下实现更强大的生物功能。
日前，相关论文以《基于 DNA 反应网络的 DNA 纳米结构动态控制中心》（）为题发表在 ACS Nano上 [1]。
图 | 相关论文（来源：ACS Nano）
通过人工系统实现动态组装
生命系统可谓十分奥秘，至今仍未被科学家完全研究清楚。可以确定的是生命系统包含一系列的生物反应网络，这些生物反应网络承担着中央控制器的作用，通过输出分子指令，来对生物分子的组装或解体过程进行调节，从而保证生命活动的正常进行。
那么，能否通过参考生物反应网络，构建人工反应网络并以此作为控制中心，让它来指导人工组件的动态组装过程？
答案是肯定的，一旦成功它将带来的好处是：在分子层面，可以帮助人们理解生物系统的运行机制，并能帮助我们造出仿生型人工系统。
幸运的是，沃森-克里克碱基配对的特异性、以及 DNA 杂交可预测的二级结构，让上述可能成为了现实。
此前，学界已经报道过结构各异的 DNA 可编程纳米结构。尽管可以通过手动添加控制链、或逐步改变缓冲条件的方法，来实现对于 DNA 纳米结构的逐步调节。但是，这些策略并不能很好地体现上游控制网络对于 DNA 可编程纳米结构的程序化控制能力。
那么，在生命系统中，像生物反应网络那样由上游控制网络指导下游结构的动态组装过程，能否通过人工系统实现？正是基于这一背景，课题组开展了本次研究。
（来源：ACS Nano）
一筹莫展之时，幸得高人相助
研究中，他们选取经典的 DNA 纳米管作为 DNA 组装结构模型，并选择生物反应网络中常见的网络基元前馈环，作为控制 DNA 纳米管动态行为的网络模型，此外还使用 DNA 链来对整个过程进行编码和实现。
“DNA 反应网络释放的 DNA 链可以作为一种分子信号，实现对 DNA 纳米结构组装过程的时空控制，”说。
然后，他们又提出了新设想：作为完全由人工合成的纳米组装结构，DNA 纳米管在结构上与细胞微管非常相似。如果利用 DNA 纳米管，在人工细胞内构建出人工细胞骨架，将会非常有价值。
因为这样构建出来的人工细胞骨架，并不是一个简单的静态仿生结构，而是一种在上游 DNA 反应网络的控制下、不断生长和变化的动态系统，对于完全人造的纳米组件来说这是非常有利的，因为它能以“自下而上”的方式，实现类似活细胞内细胞骨架的动态行为。
“另一个重要研究内容是对整个 DNA 反应网络进行动力学建模，我们希望所构建的 DNA 反应网络，能像电子芯片一样可以被精确调试。”说。
但是，该团队在这方面并没有太多研究基础。为解决这一问题他们查阅大量资料，也尝试编写了不少程序，甚至请教过多位数学和计算机领域的专家朋友。然而，模型的运行结果依旧不甚理想，这一度让他们感到十分挫败。
“就在一筹莫展的时候，我们得到了湖南大学老师的大力帮助，他为我们模型中的一个核心程序提供了重要见解，从而让整个动力学模型可以顺利运行，并且模拟结果和实验数据具有良好的一致性。”说。
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