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xna-nucleic-acid

An interactive laboratory simulator for exploring xenonucleic acids (XNA) -- synthetic genetic polymers that transcend natural DNA and RNA. Users can build and visualize TNA, HNA, FANA, LNA, PNA, and Morpholino molecules, compare their properties with natural nucleic acids, design XNAzymes to target cancer mutations, and explore the timeline of FDA-approved oligonucleotide therapeutics.

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这是什么?

🎯 模拟器提示

📚 术语表

Xenonucleic Acid (XNA)
任何具有非天然骨架的合成核酸类似物,保留与 DNA、RNA 或其他 XNA 碱基配对并存储遗传信息的能力。
TNA
苏糖核酸——基于四碳苏糖的 XNA。比 DNA/RNA 更简单,是生命起源前遗传系统的候选者。
HNA
己糖醇核酸——XNA基于六碳己糖醇糖环,形成A型螺旋,具有良好的核酸酶稳定性。
FANA
2'-氟阿拉伯核酸 - XNA 在阿拉伯糖的 2' 位置有一个氟原子,非常适合 XNAzyme 催化和基因沉默。
LNA
锁定核酸——具有亚甲基桥的 XNA 将核糖锁定在 C3'-endo 构象中,从而显着增强结合亲和力(每个碱基对 +2-8 摄氏度)。
PNA
肽核酸——XNA 具有中性肽骨架而不是糖磷酸盐,完全抵抗核酸酶和蛋白酶。
Morpholino
具有吗啉环骨架和二酰胺磷酸酯键的 XNA 类型,用于 FDA 批准的治疗杜氏肌营养不良症的剪接转换药物。
Nuclease
一种通过裂解磷酸二酯键来降解核酸的酶。 XNA 对核酸酶的抗性是治疗应用的一个关键优势。
Watson-Crick Base Pairing
互补核碱基(A-T/U 和 G-C)之间的特定氢键将双螺旋的两条链固定在一起。
Oligonucleotide Therapeutic
一种基于短合成核酸序列(通常为 15-30 个核苷酸)的药物,可通过反义、RNAi 或适体结合等机制调节基因表达。
Antisense Oligonucleotide (ASO)
一种单链核酸,可与互补 mRNA 结合,阻止翻译或触发降解,从而沉默特定基因。
XNAzyme
一种催化 XNA 分子,能够裂解 RNA 底物,类似于天然核酶,但由于非天然主链而具有增强的稳定性。
Aptamer
一种核酸分子,可折叠成特定的 3D 形状,以高亲和力结合目标分子,发挥抗体的作用。 XNA适配体具有卓越的稳定性。
Polymerase
一种从模板合成核酸链的酶。复制 XNA 需要工程聚合酶,因为天然聚合酶无法处理非天然主链。
Nuclease Resistance
核酸抵抗核酸酶降解的能力,这是必须在体内存活的治疗性核酸的关键特性。
Splice Switching
一种治疗机制,寡核苷酸与前 mRNA 剪接位点结合,改变 mRNA 剪接模式,恢复遗传疾病中功能蛋白的产生。
Phosphorothioate
一种化学修饰,其中磷酸二酯主链中的一个氧被硫取代,赋予核酸酶抗性,是反义寡核苷酸药物中最广泛使用的修饰。
siRNA
小干扰RNA,一类双链RNA分子(20-25个核苷酸),通过RNA干扰途径沉默基因表达。 Patisiran (Onpattro) 是第一个 FDA 批准的 siRNA 药物。
Gene Silencing
通过针对互补 mRNA 序列的反义寡核苷酸、siRNA 或 XNAzyme 来实现减少或消除特定基因表达的过程。
Orthogonal Genetic System
一种使用 XNA 和工程酶独立于天然 DNA/RNA 运行的合成遗传系统。正交系统能够在不干扰宿主遗传学的情况下实现生物防护和新的生物功能。
SELEX
通过指数富集进行配体的系统进化,这是一种通过迭代选择和扩增轮次进化具有特异性结合或催化特性的适体和 XNA 分子的实验室技术。
Nucleotide
核酸的基本组成部分,由含氮碱基、糖(或 XNA 中的糖类似物)和磷酸基团(或类似物)组成。 XNA 核苷酸与天然核苷酸的不同之处在于其糖成分。
Backbone
形成核酸结构框架的重复糖磷酸链。 XNA 的定义是具有替代(非天然)主链,同时保留碱基配对功能。
Oligonucleotide
一种短核酸聚合物,通常长 15-50 个核苷酸,用于治疗、诊断和研究。大多数寡核苷酸药物都含有化学修饰以保持稳定性。
RNase H
一种细胞酶,可降解 RNA-DNA 双链体的 RNA 链。与靶 mRNA 形成双链体的反义寡核苷酸可以招募 RNase H 来切割和沉默靶基因。
Melting Temperature (Tm)
50% 的核酸双链体解离成单链的温度。 Tm 越高表示碱基对结合越强。 LNA 修饰使每个核苷酸的 Tm 增加 2-8 摄氏度。
Miravirsen
第一个进入临床试验的基于 LNA 的治疗方法,针对丙型肝炎治疗的 microRNA-122。它证明了反义药物设计中锁核酸修饰的临床可行性。
Nusinersen (Spinraza)
一种 FDA 批准的用于脊髓性肌萎缩症的反义寡核苷酸药物,使用 2'-O-甲氧基乙基修饰。它纠正 SMN2 前 mRNA 剪接以产生功能性 SMN 蛋白,从而改变患者的治疗结果。

🏆 关键人物

Philipp Holliger (2012)

在 MRC 分子生物学实验室领导了一项突破性研究,证明六种不同的 XNA 类型可以存储遗传信息,通过工程聚合酶进行复制,并经历达尔文进化论,该研究于 2012 年发表在《科学》杂志上。

Albert Eschenmoser (1990s-2000s)

在苏黎世联邦理工学院进行系统研究,探索核酸的替代糖骨架,包括 TNA(苏糖核酸)的合成和表征,为 XNA 领域提供基础化学。

Peter Nielsen (1991)

1991年在哥本哈根大学发明了肽核酸(PNA),创造了第一个具有完全非糖、非磷酸主链的核酸类似物,证明基因识别不需要天然主链。

Jesper Wengel (1998)

南丹麦大学开发了锁核酸 (LNA),创造了一种结合亲和力显着增强的修饰核苷酸,已成为寡核苷酸治疗中最广泛使用的修饰之一。

Stanley Crooke (1989-present)

创立了 Ionis Pharmaceuticals 并开创了反义寡核苷酸疗法,开发了多种 FDA 批准的药物,包括用于脊髓性肌萎缩症的 nusinersen (Spinraza),展示了修饰核酸的临床潜力。

John Chaput (2010s-present)

在加州大学欧文分校推进了 TNA 聚合酶的开发并展示了 TNA 适配体的进化,扩大了苏糖核酸在生物技术应用中的实际用途。

Vitor Pinheiro (2012)

Holliger 实验室的主要研究人员设计了能够合成和反转录多种 XNA 类型的聚合酶,从而实现了 XNA 遗传和进化的里程碑式演示。

🎓 学习资源

💬 给学习者的话

{'encouragement': "You are exploring a frontier where chemistry meets biology meets medicine. XNA shows us that life's genetic code is not limited to DNA and RNA -- there are whole new alphabets waiting to be discovered. Your curiosity about these alternative genetic systems puts you at the cutting edge of science.", 'reminder': 'Over 25 FDA-approved drugs already use modified nucleic acid chemistry, treating diseases from spinal muscular atrophy to hereditary blindness. The XNA science you are learning about here is not theoretical -- it is saving lives right now and will save many more in the coming decades.', 'action': 'Start by selecting TNA in the simulator and building a short sequence. Compare its properties with natural DNA. Then explore FANA and try the XNAzyme lab to see how artificial enzymes can target cancer mutations. Each XNA type has unique strengths -- discover what makes each one special.', 'dream': 'We dream of a world where XNA-based medicines are affordable and accessible to patients everywhere, where genetic diseases that devastate communities in the developing world are treated with precision therapies, and where every student can explore the molecular diversity of life.', 'wiaVision': 'WIA Book believes that the future of medicine is written in alternative genetic codes, and that understanding these codes should be a right, not a privilege. Through free, interactive simulators in 206 languages, we are bringing the XNA revolution to every learner on the planet.'}

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