《Nature Nanotechnology》報道華理學(xué)者獨創(chuàng)性突破:生物納米孔單核苷酸電化學(xué)超靈敏分辨
時間:2021-04-06 10:48:29學(xué)院:化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校:華東理工大學(xué)
生物納米孔單分子分析技術(shù)因其低成本、快速和無需熒光標(biāo)記等優(yōu)點被視為最具前景的DNA測序技術(shù)之一。龍億濤科研團隊在生物納米孔電化學(xué)超靈敏單核苷酸分辨領(lǐng)域取得獨創(chuàng)性突破,該研究成果以華東理工大學(xué)做為獨立研究單位,于4月25日在《Nature Nanotechnology》(自然-納米技術(shù))發(fā)表了題為“Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore”的研究論文。文章鏈接: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.66.html。
生物納米孔單分子分析技術(shù)的原理是通過電場力驅(qū)動單鏈DNA穿過納米尺寸的孔道,由于不同的堿基(A,T,C,G)通過納米孔道時產(chǎn)生了不同阻斷程度和阻斷時間的電流信號,由此可根據(jù)電流信號讀出每條DNA序列上的堿基信息。但在實際實驗過程中,單鏈DNA穿過納米孔的速度極快(約1微秒/堿基),且電流阻斷信號極?。▇皮安級),阻礙了納米孔DNA測序技術(shù)發(fā)展。
在國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項目資助下,課題組首次使用野生型且無任何修飾的Aerolysin(氣單胞菌溶素)生物孔,將單鏈DNA的過孔速度降低了三個數(shù)量級(2.0毫秒/堿基),從而極大地提高了電流檢測的靈敏度。利用所研制的超低電流檢測裝置,達(dá)到了對僅有單個核苷酸差異DNA分子的超靈敏識別,并實現(xiàn)了混合復(fù)雜體系的超靈敏檢測和核酸外切酶“步步降解”單鏈DNA過程的實時觀測。此外,該研究還通過改變檢測體系的酸堿度,調(diào)節(jié)了Aerolysin孔道內(nèi)腔的電荷分布,同時結(jié)合單鏈DNA在孔內(nèi)有效電荷數(shù)的計算,獲得了納米孔表/界面上電荷的分布信息,促進了對DNA與Aerolysin孔道內(nèi)腔表面氨基酸殘基相互作用的深入理解。
這一獨創(chuàng)性研究成果不僅進一步降低納米孔單堿基分辨的成本,同時也將大大提高納米孔DNA測序的精確度。未來,結(jié)合高帶寬低噪音的電流檢測儀器,Aerolysin納米孔有望實現(xiàn)對單個DNA單堿基直接分辨以及對DNA損傷的檢測,這將大大推動DNA測序技術(shù)以及個性化醫(yī)療的發(fā)展。
論文的第一作者是博士生曹嬋,通訊作者為龍億濤教授。該研究工作得到田禾院士大力支持和細(xì)心指導(dǎo),受到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體(21421004)、重大科研儀器研制項目(21327807)、“973”研究計劃、和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃的資助。
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