近日，华南理工大学生物科学与工程学院陈庭坚教授课题组联合华南理工大学华南软物质科学与技术高等研究院孙桃林教授课题组在国际著名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering杂志上发表题目为“Preparation of biomass-derived DNA-chitosan polyelectrolyte complex hydrogels for economical and reliable DNA preservation and protein immobilization”的研究论文。副研究员杜宇辉和硕士生郑鑫倩为论文的共同第一作者，陈庭坚教授和孙桃林教授为共同通讯作者，华南理工大学生物科学与工程学院为第一单位。（论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.4c04145）

 DNA作为自然界几乎所有生命体遗传信息的载体，其稳定的保存方法一直是科研人员关注的焦点。尤其在基因工程、生物检测以及DNA数据存储等领域，DNA的可靠保存显得尤为重要。近年来，以dNaM-dTPT3为代表的非天然碱基对的开发和应用显著地扩展了生命的遗传字母表，使DNA分子的应用范围进一步拓宽，同时也为DNA分子的体外保存带来了新的挑战。目前，体外保存DNA最常用的策略是将其以干粉形式保存。然而，这种保存形式不利于DNA分子抵抗核酸酶降解、活性氧损伤、金属离子造成的非天然碱基损伤等环境压力，同时也容易在不被察觉的情况下使被保存的DNA受到其它DNA的污染，从而造成DNA序列储存信息的偏差。

 图1. 生物质来源的DNA-壳聚糖水凝胶用于DNA保存和蛋白质固定化

 在本工作中，课题组利用生物质来源的壳聚糖（CS）和洋葱基因组DNA，制备并表征了两种DNA-壳聚糖聚电解质复合物（DNA-CS PEC）水凝胶，并探索了它们在DNA保存和蛋白质固定化中的应用（图1）。课题组首先结合无共价交联的DNA-CS PEC水凝胶的DNA封装和壳聚糖酶介导的DNA释放，开发了一种通用、易操作、低成本的DNA体外保存策略。该策略成功地在核酸酶DNase I和过氧化氢（H2O2）处理过程中保持了不同类型天然DNA（双链DNA、单链DNA、质粒DNA和基因组DNA）的结构和功能完整性。同时，在含有非天然碱基对dNaM-dTPT3的六碱基DNA保存中，该策略也能有效防止非天然碱基dTPT3Bio因受到银离子攻击而丢失。此外，利用共价交联的DNA-CS PEC水凝胶，课题组还开发了一种方便、可靠、绿色和低成本的蛋白质固定化和重复利用策略，并成功实现了辣根过氧化物酶（HRP）的固定化和重复利用。

 以上工作不仅为生物大分子的体外保存和固定化提供了通用、可靠、简便、绿色和低成本的策略，为新型材料和化学品的绿色生物制造提供了技术平台和思路，同时也为非天然碱基对在生物科学和技术各领域尤其是人工半合成生命的合成生物学和先进DNA数据存储技术开发中的充分应用提供了必需的含非天然碱基对DNA的体外保存技术。

 该工作得到了广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队（2019ZT08Y318）, 广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才项目（2019QN01Y228），国家重点研发计划“合成生物学”重点专项（2019YFA0904102），以及广州市科技局基础与应用基础研究项目（2023A04J1470）的资助。