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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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呢個係咩?

🎯 模擬器提示

📚 術語表

Xenonucleic Acid (XNA)
任何具有非天然骨架的合成核酸類似物,保留與 DNA、RNA 或其他 XNA 鹼基配對並儲存遺傳訊息的能力。
TNA
蘇糖核酸-基於四碳蘇糖的 XNA。比 DNA/RNA 簡單,是生命起源前遺傳系統的候選者。
HNA
己糖醇核酸-XNA基於六碳己糖醇糖環,形成A型螺旋,具有良好的核酸酶穩定性。
FANA
2'-氟阿拉伯核酸 - XNA 在阿拉伯糖的 2' 位置有一個氟原子,非常適合 XNAzyme 催化和基因沉默。
LNA
鎖定核酸-具有亞甲基橋的 XNA 將核糖鎖定在 C3'-endo 構像中,從而顯著增強結合親和力(每個鹼基對 +2-8 攝氏度)。
PNA
勝肽核酸-XNA 具有中性勝肽骨架而非糖磷酸鹽,完全抵抗核酸酶和蛋白酶。
Morpholino
具有嗎啉環骨架和二醯胺磷酸酯鍵的 XNA 類型,用於 FDA 批准的治療杜氏肌肉營養不良症的剪接轉換藥物。
Nuclease
一種透過裂解磷酸二酯鍵來降解核酸的酵素。 XNA 對核酸酶的抗性是治療應用的關鍵優勢。
Watson-Crick Base Pairing
互補核鹼基(A-T/U 和 G-C)之間的特定氫鍵將雙螺旋的兩條鏈固定在一起。
Oligonucleotide Therapeutic
一種基於短合成核酸序列(通常為 15-30 個核苷酸)的藥物,可透過反義、RNAi 或適體結合等機制調節基因表現。
Antisense Oligonucleotide (ASO)
單鏈核酸,可與互補 mRNA 結合,阻止翻譯或觸發降解,從而沉默特定基因。
XNAzyme
一種催化 XNA 分子,能夠裂解 RNA 底物,類似於天然核酶,但由於非天然主鏈而具有增強的穩定性。
Aptamer
一種核酸分子,可折疊成特定的 3D 形狀,以高親和力結合目標分子,發揮抗體的作用。 XNA適配體具有卓越的穩定性。
Polymerase
一種從模板合成核酸鏈的酵素。複製 XNA 需要工程聚合酶,因為天然聚合酶無法處理非天然主鏈。
Nuclease Resistance
核酸抵抗核酸酶降解的能力,這是必須在體內存活的治療性核酸的關鍵特性。
Splice Switching
一種治療機制,寡核苷酸與前 mRNA 剪接位點結合,改變 mRNA 剪接模式,恢復遺傳疾病中功能性蛋白質的產生。
Phosphorothioate
一種化學修飾,其中磷酸二酯主鏈中的一個氧被硫取代,賦予核酸酶抗性,是反義寡核苷酸藥物中最廣泛使用的修飾。
siRNA
小幹擾RNA,一類雙股RNA分子(20-25個核苷酸),經由RNA幹擾路徑沉默基因表現。 Patisiran (Onpattro) 是第一個 FDA 批准的 siRNA 藥物。
Gene Silencing
透過針對互補 mRNA 序列的反義寡核苷酸、siRNA 或 XNAzyme 來實現減少或消除特定基因表現的過程。
Orthogonal Genetic System
一種使用 XNA 和工程酶獨立於天然 DNA/RNA 運作的合成遺傳系統。正交系統能夠在不干擾宿主遺傳學的情況下實現生物防護和新的生物功能。
SELEX
透過指數富集進行配體的系統演化,這是一種透過迭代選擇和擴增輪次進化具有特異性結合或催化特性的適體和 XNA 分子的實驗室技術。
Nucleotide
核酸的基本組成部分,由含氮鹼基、糖(或 XNA 中的糖類似物)和磷酸基團(或類似物)組成。 XNA 核苷酸與天然核苷酸的不同之處在於其糖成分。
Backbone
形成核酸結構架構的重複糖磷酸鏈。 XNA 的定義是具有替代(非天然)主鏈,同時保留鹼基配對功能。
Oligonucleotide
一種短核酸聚合物,通常長 15-50 個核苷酸,用於治療、診斷和研究。大多數寡核苷酸藥物都含有化學修飾以保持穩定性。
RNase H
一種細胞酶,可降解 RNA-DNA 雙股體的 RNA 鏈。與目標 mRNA 形成雙鏈體的反義寡核苷酸可以招募 RNase H 來切割和沈默標靶基因。
Melting Temperature (Tm)
50% 的核酸雙股體解離成單股的溫度。 Tm 越高表示鹼基對結合越強。 LNA 修飾使每個核苷酸的 Tm 增加 2-8 攝氏度。
Miravirsen
第一個進入臨床試驗的 LNA 為基礎的治療方法,針對丙型肝炎治療的 microRNA-122。它證明了反義藥物設計中鎖核酸修飾的臨床可行性。
Nusinersen (Spinraza)
一種 FDA 批准的用於脊髓性肌肉萎縮症的反義寡核苷酸藥物,使用 2'-O-甲氧基乙基修飾。它糾正 SMN2 前 mRNA 剪接以產生功能性 SMN 蛋白,從而改變患者的治療結果。

🏆 關鍵人物

Philipp Holliger (2012)

在 MRC 分子生物學實驗室領導了一項突破性研究,證明六種不同的 XNA 類型可以儲存遺傳訊息,透過工程聚合酶進行複製,並經歷達爾文進化論,該研究於 2012 年發表在《科學》雜誌上。

Albert Eschenmoser (1990s-2000s)

在蘇黎世聯邦理工學院進行系統性研究,探索核酸的替代糖骨架,包括 TNA(蘇糖核酸)的合成和表徵,為 XNA 領域提供基礎化學。

Peter Nielsen (1991)

1991年在哥本哈根大學發明了勝肽核酸(PNA),創造了第一個具有完全非糖、非磷酸主鏈的核酸類似物,證明基因辨識不需要天然主鏈。

Jesper Wengel (1998)

南丹麥大學開發了鎖核酸 (LNA),創造了一種結合親和力顯著增強的修飾核苷酸,已成為寡核苷酸治療中最廣泛使用的修飾之一。

Stanley Crooke (1989-present)

創立了 Ionis Pharmaceuticals 並開創了反義寡核苷酸療法,開發了多種 FDA 批准的藥物,包括用於脊髓性肌肉萎縮症的 nusinersen (Spinraza),展示了修飾核酸的臨床潛力。

John Chaput (2010s-present)

在加州大學歐文分校推進了 TNA 聚合酶的開發並展示了 TNA 適配體的進化,擴大了蘇糖核酸在生物技術應用中的實際用途。

Vitor Pinheiro (2012)

Holliger 實驗室的主要研究人員設計了能夠合成和逆轉錄多種 XNA 類型的聚合酶,從而實現了 XNA 遺傳和進化的里程碑式演示。

🎓 學習資源

💬 畀學習者嘅話

{'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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