多稳态变构核酸分子的理论设计与实验验证研究

核酸分子能够形成复杂的结构，这些结构执行着令人惊讶的高级功能，包括催化化学反应、调控基因表达等。尽管天然核酸偶尔利用这些高级功能，但就这些生物聚合物所产生的高级功能而言，对其真正潜能的利用是远远不够的。生物学家的一个巨大挑战是如何充分利用核酸形成复杂结构的能力，人工设计核酸分子，应用它们作为探索生物系统和作为治疗的工具。本项目首次将生物稳健性的概念引入到核酸序列设计中，建立多稳态变构核酸序列设计方法。首先，将核酸序列设计问题转化为与预定结构相容的核酸序列集上的组合优化问题；基于图论的数学模型，将该问题简化为依赖图上的点着色问题。其次，采用三种亚微结构测定技术（动态光散射，小角X射线散射和小角中子散射）对所设计的多稳态变构核酸分子进行实验验证。通过本项目的研究，将有助于解决多稳态变构核酸序列设计及其实验验证中的一些关键技术与问题，有助于在国际上进一步提升我国在核酸序列设计这一领域的研究水平。