开拓核酸分子新应用 潜心助力分子医学——记国家“青年千人计划”特聘专家、上海交通大学医学院分子医学研究院研究员韩达

文/肖延胜

核酸，作为生物自然选择的遗传物质，具有优越的微型化信息储存能力。随着生物技术的进一步发展，人们发现核酸分子具备越来越多的重要生物学功能，比如控制蛋白质表达、调控细胞功能等。核酸分子计算技术则可以把核酸分子的这些功能整合起来，结合细胞内外环境，实现细胞更为精细、智能和复杂的功能。把核酸分子技术应用于分子生物学和生物医学成为新的发展方向。上海交通大学医学院分子医学研究院研究员韩达一直致力于核酸分子在生物医学上的应用研究。

追求高质量科研

2005年韩达以优异的成绩考入厦门大学，开始了与化学和生物学的一段不解之缘。大学毕业后，韩达只身一人前往美国佛罗里达大学深造，继续攻读博士学位，师从谭蔚泓院士。在国内外良好的学术氛围中，韩达刻苦努力地汲取知识，在本科和研究生期间曾多次获得奖学金。优异的学习成绩也为韩达后来的核酸分子创新研究打下了坚实的理论和知识基础。

韩达研究员在温哥华

本科后的9年里，韩达先后在佛罗里达大学任化学系研究助理，在美国Intel公司担任高级研发工程师。在这期间，韩达进行了创新性的实验研究并取得了优异的成绩。韩达创造性地设计和建立了基于核酸分子的控制酶功能的药物智能识别体系。长期以来，以核酸碱基之间互补配对原则为理论基础，核酸分子系统只能在体外实现对核酸目标物的功能控制，而无法在体外实现对其他目标物如蛋白质的调控。在攻读博士期间，韩达对此项目颇为感兴趣。为了解决这一难题，他和合作者们在实验室开始了新一轮的实验，旨在通过实验使核酸分子能够在体外对目标物进行调控。在实验研究中，韩达发现通过引入核酸适配体可以精确调控蛋白质（凝血酶）的功能。韩达得到这一发现后，再接再厉，经过大量理论分析和实验，他与合作者设计和建立了一个基于核酸和核酸适配体精确调控蛋白质（凝血酶）功能的药物智能识别体系。这个分子系统可以感知体系中凝血酶的浓度。当酶的浓度低于阈值时，系统处于无影响状态。而一旦酶的浓度高于设定阈值时，系统将释放酶的抑制剂（DNA适配体）来控制酶的活性，防止其过度凝血。这个体系可以实现智能调控酶功能，为个性化药物的研发提供了十分有效的方法和模型。哈佛大学的研究人员在权威新闻媒体《化学与化学工程新闻》上以 “控制凝血酶的DNA电路”为题，对该研究成果的创新性和未来应用前景做了高度评价。

除此之外，韩达还创造性地在细胞膜上建立核酸分子系统，实现了原位探测细胞及细胞膜上的分子相互作用。检测细胞及细胞膜上的分子相互作用一直是分子生物学的一个热点课题。韩达利用DNA分子联级反应系统，在细胞膜上建立了人工核酸器件。研究发现这些器件可以将每一次膜脂或蛋白质分子在细胞膜上的瞬时相互作用转化和放大为可以累加的荧光信号，并固定于细胞膜表面。随着越来越多的膜脂或蛋白质分子相互作用的发生，累加的荧光信号逐渐达到一个可以被检测的量级，进而可以通过流式细胞仪检测到。这项重要发现为进一步研究细胞膜和膜分子的运动提供了一个十分有效的手段。同时，也为通过分析膜分子运动揭示细胞健康状态的深度研究提供了重要条件。

“科研的最终目的是更好的造福人类。科研成果的价值就是将创新性的发现运用到实际中去。”韩达对科研有着独到见解，为了实现自己的科研信仰，韩达也是一再努力着。

韩达设计和建立了体外模拟获得性免疫系统基本功能的人工核酸分子系统。通过科学研究实验，韩达在体外使用脱氧核酸（DNA）和酶来建立模拟获得性免疫系统基本功能的人工分子网络，包括智能的识别人工病原体DNA、产生特异性的人工抗体DNA和对病原体的记忆效应。这项研究成果，不仅为深度研究获得性免疫系统提供了分子学基础，同时，也为建立复杂生物分子模拟网络提供了理论和方法。韩达还把核酸分子系统拓展应用于癌症的诊断与治疗中。他创新性地创建了特异性的核酸适配体放大电路，通过系统中的适配体识别癌细胞，并借助识别事件的发生来引发联级反应，从而实现了可控的激活光敏剂。研究还发现，通过DNA杂交反应可以放大光敏剂治疗效果，更加有效地提高了杀死癌细胞效果。除此之外，韩达把相似的核酸纳米体系导入癌细胞中，实现了更加灵敏细胞成像和有效基因治疗的双重功能。

大胆创新，勇往直前

2018年，韩达回到祖国，加入上海交通大学医学院分子医学研究院。为了壮大科研团队，为我国核酸分子生物学尽一份力量，韩达正在积极组建由优秀青年科学工作者、博士后、博士和硕士研究生为主的科研团队；同时韩达也将同其他同行积极开展合作研究，尽快建立具有国际先进性的相关研究平台，大力推进学科交叉融合的分子医学科学应用及基础研究、转化研究和临床应用。接下来，韩达将以分子工程为手段，以核酸等生物功能大分子为研究载体，致力于新颖功能化智能化的核酸分子系统的设计和开发:韩达将通过设计和建立新型的人工核酸分子系统，提供模拟生物界自然存在的复杂和精细的微观体系及其研究方法；通过建立人工分子体系，深入研究和揭示生物分子学中的基础问题从而拓展分子生物学的研究领域。韩达还会以国外的研究经历为基础，将核酸分子系统智能化和功能化的研究应用于生物分析和生物医学中。此外，他也会关注核酸和纳米材料的交叉领域。韩达将带领团队利用核酸分子的自组装能力，设计和合成具有特殊形貌和功能化的新型纳米材料，建立和发展基于生物分子的新型纳米材料制造技术。结合自身多年的科研经历，韩达在回到祖国之后将会继续开展核酸分子的创新性研究。长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。韩达用自己的行动助力核酸分子在分子医学的应用与发展。