天津大学仰大勇课题组：DNA工程系统用于改善人类环境健康

近期，天津大学化工学院仰大勇教授课题组在纳米技术领域权威期刊《Nano Today》上发表了题为 “DNA-based engineering system for improving human and environmental health: identification, detection, and treatment” 的综述文章（DOI：10.1016/j.nantod.2020.100958）。作者结合课题组自身的研究工作，介绍了DNA工程系统在水环境污染源识别、致病菌检测和药物治疗三个领域的研究进展。天津大学化工学院和美国康奈尔大学博士后廖人宽为该文第一作者，合作者包括美国康奈尔大学罗丹教授等。

当前，水污染对人类和环境健康构成严重威胁，对人类社会可持续发展带来了重大挑战。据报道，发展中国家90%的废水未经处理就被排放进水体，对水质造成极大影响。血吸虫病、疟疾、霍乱和腹泻等多种疾病与水污染直接相关，饮用受污染的水是全球死亡的主要原因，而缺乏诊断、预防和治疗措施进一步加剧了这种情况。水污染源的识别、水中病原体的检测以及采取何种药物治疗措施之间具有高度的关联，传统工程系统一般采取彼此独立的策略来应对这些挑战，效果有限且费时费力。

DNA分子具有遗传功能、生物相容性、纳米级可控性、可编程性和分子识别能力等独特优点，本文提出以DNA分子作为基质材料，构建功能性纳米工程系统来制定有针对性且高效的应对策略，从而改善人类和环境的健康。在应对水污染及其健康风险挑战过程中，首先采用DNA 示踪剂来识别水污染源，制定水污染源控制方案，进而应用DNA条形码来检测水中病原体的种类，确定合适的治疗手段，最后采用DNA水凝胶快速生产疫苗蛋白并实现药物的准确递送。在明确DNA工程系统作用原理的基础上，系统总结三种DNA工程系统（DNA 示踪剂、DNA条形码和 DNA水凝胶）的设计、制备和应用流程，详细梳理了各自的典型研究案例及发展脉络，重点分析了DNA示踪剂应用于地表及地下水体污染物运移示踪的技术模式，对比了DNA条形码不同设计方案在致病菌检测上的特点，评价了DNA 水凝胶在疫苗蛋白生产和药物递送上的效果。最后，指出了DNA工程系统在未来发展所面临的问题和挑战，并展望了重点的研究方向。DNA工程系统在水环境健康领域的应用尚处于初步阶段，不同DNA子系统的有机结合有助于更大程度地发挥DNA分子的功能特性，为改善人类环境健康做出更大的贡献。

图1. DNA工程系统（DNA示踪剂、DNA条形码和 DNA水凝胶）应用于水污染源识别、致病菌检测和药物治疗

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.100958

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