纳德里安·西曼（1945—2021）

编译 许林玉

众所周知，纳德里安·西曼（Nadrian Seeman）是第一个认识到DNA可用于设计和建造可编程纳米结构和纳米机器的人。得益于这种有关自组装的创新思维方式，他助力化学成为一门信息科学。2021年11月16日，西曼溘然长逝，享年75岁。

1945年，西曼出生于美国伊利诺伊州芝加哥。他的中学生物老师点燃了他对科学的热情。2010年，西曼荣获卡夫里纳米科学奖。他在自传中写道：“我之前并不知道，当每天的大部分时间都用来做研究时，不仅可以享受其中，而且还能获得回报。”

尽管西曼自认为学习并不勤奋，但他还是在芝加哥大学获得了生物化学博士学位，而后又到匹兹堡大学转攻晶体学。从事博士后研究期间，他在麻省理工学院与DNA化学先驱亚历山大·里奇（Alexander Rich）一起共事。1977年，他进入纽约州立大学阿尔巴尼分校生物学系任教，但这段经历却令他不堪回首。他写道：“唯一比找工作更糟糕的事是找了一份这样的工作。”

在阿尔巴尼分校工作期间，他表面上仍然从事晶体学研究，但实际上却在新的研究领域埋头苦干。当时，一位博士后请他建立自然存在并被称作霍利迪连接体的分叉双链DNA结构的模型。由此，他的人生开始出现转折。

一天，西曼坐在阿尔巴尼分校的酒吧里，想起了荷兰图形艺术家埃舍尔（M.C.Escher）的作品《深度》。这让西曼豁然开朗——霍利迪连接体的分支单元可以以类似的方式在顶端相互作用，自组装成有序的结构。如果顶端是较短的单链DNA片段，它们的末端就会粘附在其他互补的DNA序列上。

据西曼回忆，他曾在1982年的论文中简要介绍用DNA连接体制作晶格的想法，但没有得到任何回应。1991年，他和他的研究生陈俊辉（Junghuei Chen）合成了一个形状像立方体边缘的DNA分子，这才引起了人们的更多关注。在纽约大学化学系，他们采用三臂霍利迪连接体作为顶点。

起初，这一成果被认为是一种奇特的东西，但西曼又设计出更多颇具前景的架构和功能。在与加州理工学院的埃里克·温弗里（Erik Winfree）以及其他人的合作中，他开始从算法的角度思考组装问题：通过序列对DNA组分进行编程，使其以特定的相互作用规则所支配的方式连接起来。1998年，温弗里、西曼与他们的合作者创造出二维DNA阵列之后，又创造了DNA“瓦片”。这些DNA“瓦片”可按照算法自组装成一个连接嵌合体，从而执行某种计算。

从20世纪90年代末开始，许多其他实验室都积极应对后来被称为DNA纳米技术带来的挑战。为此，西曼感到非常欣慰。他在一次采访中表示：“我们不必再去构建所有的想法，也不必将所有的错误都犯一遍。”

DNA纳米技术的目标之一是将纳米结构用作支架，例如，将难以单独结晶的分子排列成规则的阵列。另一个目标是将这些生物相容性材料用于给药装置和组织工程。

加州理工学院的保罗·罗斯蒙德（Paul Rothemund）开发了一种可编程的方法来制作“DNA折纸”。通过这种方法，可以在折叠链中或多或少地创建适用于任意形状的指令。西曼和其他人使用可以分开的较短单链使组装具有可逆性，从而将DNA纳米结构塑造成动态纳米机器。

西曼言语坦率，敢于自嘲，特立独行，有爱心又善于表达，固执又富有远见。用温弗里的话说：“西曼的思维方式与众不同，DNA纳米技术出自他之手并非偶然。”

西曼一生屡获殊荣，其中包括2008年美国化学学会颁发的尼科尔斯奖章。然而，他真正的遗产是开创了一个具有惊人独创性的领域，其全部潜能还有待挖掘。罗斯蒙德感慨道：“自西曼的最初设想以来，DNA纳米技术已经拥有自己的生命。我们期待诞生一个全新的DNA世界，全DNA‘细菌’可在其中自由蠕动、繁殖、计算。”

资料来源Nature