研究人员通过3D镜头观察DNA

DNA序列在计算机屏幕上被二维解码成一串基础A，T，C和G，但需要三维思维来理解我们DNA变化的影响以及使用DNA分子来解决问题。本月，我们将探索两项研究 - 一项研究揭示DNA在慢性疼痛中的功能作用，另一项研究DNA形成有用的形状 - 这两项研究都是将二维数据转化为可以改善我们四维生活的三维思维的进步。

在自然医学领域，麦吉尔大学的Robert Sorge博士和多国合作伙伴1通过了解基因线性DNA序列变化对3D的影响，确定了一种潜在的慢性疼痛新药疗法由该基因制成的蛋白质。

慢性疼痛使患者和医生都感到沮丧。虽然像剪纸一样的伤害引起的疼痛会随着愈合而消失，但慢性疼痛会延伸到最初的'ouch'，或者是由于持续的炎症(慢性炎症性疼痛)或神经损伤(慢性神经性疼痛)。两种类型的慢性疼痛通常包括异常性疼痛的令人费解的状态，由于通常非疼痛的事件(例如轻触)引起的疼痛。虽然两者都难以治疗，但慢性炎症性疼痛可能对布洛芬和吗啡等可用药物反应更好。不幸的是，慢性神经性疼痛几乎没有有效的治疗选择，这是疾病的日益普遍的结果，包括糖尿病性神经病变，纤维肌痛和中风以及包括截肢，放射和化疗在内的治疗的副作用。

为了开始解决这种未得到满足的治疗需求，Sorge博士及其同事使用一种简单，可重复的小鼠慢性疼痛模型来识别可能对人类慢性疼痛很重要的基因。他们对小鼠进行了手术，称为神经损伤，引起异常性疼痛，然后寻找疼痛越来越少的小鼠之间DNA序列的差异。(有关视觉演示，请在线查看此视频2)。研究人员发现，基因P2RX7中有一个不同碱基的小鼠伤后疼痛比具有不同核苷酸的小鼠疼痛少。在二维DNA碱基串中这种A到G的单一变化使得小鼠在细胞的三维膜中产生更少的孔。像皮肤毛孔一样，这些细胞毛孔调节物质进出细胞的流动。了解这种3D效果后，他们开发出一种药物，可以减少由于DNA序列而导致毛孔增多的小鼠毛孔数量，并发现该药在神经外科手术后降低了疼痛程度。

研究人员继续研究人类的P2RX7基因。他们发现，如果人们有类似的DNA变异，毛孔减少，他们的慢性疼痛就会减少。患有慢性神经性疼痛的人在乳腺癌手术后以及患有关节炎的慢性炎性疼痛的人中受伤，这种情况确实如此。这些研究结果表明，由于DNA序列而产生更多毛孔的人可能会从类似给予小鼠的药物中获益。

基于人的独特DNA序列制造药物被称为药物基因组学，但是开发这种靶向治疗存在许多障碍。制造这些个性化药物的一种技术是将DNA本身用作在体内携带药物的构件，称为DNA纳米技术。该方法需要操纵二维DNA碱基串以形成三维形状。研究人员可以预测二维DNA串将如何组装，因为DNA总是以可预测的A至T和C至G模式结合，形成均匀大小和形状的强壮，刚性双螺旋。DNA纳米技术的概念自20世纪80年代初期就已存在，但随着计算机技术和机器人技术已经赶上实施这些想法，最近获得了动力。

在本月的自然界中，哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的Bryan Wei博士及其同事3从称为瓷砖的短片DNA中组装了复杂的形状。使用这些瓷砖，他们制作了从基本数字和字母到更复杂的表情符号和橡皮鸭子的二维形状，以及三维管(见图像)。这项工作不仅仅是有趣的艺术，它还提高了科学家在三个维度上操纵DNA的能力，这是为慢性疼痛等顽固问题开发针对性治疗的重要一步。