納米孔在核酸測序和檢測方面已經(jīng)取得了重大突破，商品化設(shè)備已面向各個領(lǐng)域開展廣泛應(yīng)用，但在蛋白質(zhì)測序與高效檢測方面仍然面臨巨大挑戰(zhàn)性。其主要原因是由于蛋白質(zhì)的固有分子特性(例如:凈電荷、極性、分子構(gòu)象和尺寸)和檢測環(huán)境的復雜性(例如：生物體液)，導致納米孔對蛋白質(zhì)檢測的信號分辨率不理想，經(jīng)常出現(xiàn)檢測可行性、選擇性和靈敏度差等問題，無法滿足在實際應(yīng)用中的需求。因此，針對蛋白質(zhì)分子檢測，尤其是對不同環(huán)境下疾病生物標志物的高效檢測，如何設(shè)計、選擇合適的檢測方法及分析策略，使其能夠產(chǎn)生更容易識別的蛋白分子信號已然成為納米孔單分子檢測領(lǐng)域急需解決的核心問題。
近日，我院在疾病生物標志物檢測研究中取得進展，研究人員設(shè)計了一種基于分子三明治與DNAzyme催化反應(yīng)協(xié)同的納米孔電化學檢測方法。方法中首先通過含有捕獲抗體-抗原-檢測抗體的分子三明治來特異性的捕獲疾病抗原(以HIV p24抗原為例)，然后將DNAzyme (10-23)通過生物素-鏈親和素相互作用與檢測抗體連接，在Mg2+存在下，DNAzyme催化反應(yīng)被觸發(fā)，酶裂解核酸底物并釋放獨特的核酸片段作為納米孔檢測的信號分子。研究證實了該方法在其他疾病抗原存在下的檢測穩(wěn)定性和敏感性，同時可以滿足對人血清環(huán)境中靶抗原分子的高效檢測 (HIV p24檢測限 ~ 1.24 pM)。該方法借助更容易檢測與識別的核酸分子，來替代復雜和難以讀取的蛋白質(zhì)分子，間接實現(xiàn)對蛋白分子的高效檢測。研究所建立的DNAzyme-納米孔相結(jié)合的電化學分析方法是針對蛋白質(zhì)高效檢測應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計，并且該方法可以根據(jù)不同疾病選擇不同的抗體-抗原免疫反應(yīng)，具有非常高的特異性和普適性，在疾病診斷和預后評估中具有重要應(yīng)用潛力。
受英國皇家化學會New horizons in nanoelectrochemistry Faraday Discussion大會組委會邀請，上述研究結(jié)果以 “Molecular sandwich-based DNAzyme catalytic reaction towards transducing efficient nanopore electrical detection for antigen proteins”為題發(fā)表在期刊Faraday Discussions《法拉第討論》，重慶郵電大學聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王樂冰為論文第一作者，長春理工大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生殷博華、Youwen Zhang（美國羅格斯大學Rutgers University）和王亮（中國科學院重慶研究院）為論文共同通訊作者。該工作得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、重慶英才、重慶市自然科學基金、中國科學院“青促會”以及重慶中科德馨生物科技有限公司的支持。注：法拉第討論是獨特的國際討論會議， 100多年來，在300多場會議中法拉第討論引領(lǐng)了化學、物理和生物學之間的科學對話，許多討論已成為各自領(lǐng)域具有里程碑意義的會議，其獨特的形式允許討論并建立新的合作關(guān)系。法拉第討論的論文僅通過法拉第討論科學委員會選擇、邀請?zhí)峤话l(fā)表。
論文鏈接DOI?? https://doi.org/10.1039/D4FD00146J
圖一：分子三明治和DNAzyme催化反應(yīng)協(xié)同的納米孔疾病抗原高效檢測