适配体的研究进程与思考

适配体（aptamer）是指利用指数富集的配体系统进化（SELEX）技术，从人工合成的寡核苷酸文库中筛选获得的能够与靶分子特异结合的短单链DNA和RNA分子。筛选得到的适配体可以与DNA，RNA，蛋白质或其它靶分子结合，影响这些靶分子的性质，从而起到改变与靶分子相关的生物学功能的效果。而且研究发现，适配体在与靶分子相互作用时，不仅序列，它们所形成的三维结构也尤其重要。同时，适配体在生物医药研究方面显示出广阔的应用前景。介绍了适配体的发展历程，以及一些典型适配体的生物学功效。提出了RNA适配体三维结构在与靶分子进行相互作用时可能发挥重要作用，以期为RNA适配体的筛选提供理论思考。     

SELEX技术筛选毒死蜱单链DNA适体

试验旨在利用SELEX技术体外筛选毒死蜱的特异性适体。体外合成全长为91 nt的ssDNA文库,以链亲和素修饰的凝胶为载体、毒死蜱为靶分子进行SELEX(配体指数增强系统进化技术)筛选。利用荧光标记法测定适体的筛选效率、亲和力和特异性,通过MFOLD分析软件对亲和力较高的适体进行二级结构预测和结合位点分析。结果表明,经过15轮筛选后,DNA文库的筛选效率达到44.00%;最终获得9条ssDNA适体,其中适体N23对毒死蜱具有最高的亲和力,其结合活性显著高于N23与水胺硫磷、丙溴磷、氧化乐果的结合活性;二级结构表明茎环结构可能是毒死蜱与适体相互作用的结构基础。     

适配体的研究进程与思考*

 适配体（aptamer）是指利用指数富集的配体系统进化（SELEX）技术，从人工合成的寡核苷酸文库中筛选获得的能够与靶分子特异结合的短单链DNA和RNA分子。筛选得到的适配体可以与DNA，RNA，蛋白质或其它靶分子结合，影响这些靶分子的性质，从而起到改变与靶分子相关的生物学功能的效果。而且研究发现，适配体在与靶分子相互作用时，不仅序列，它们所形成的三维结构也尤其重要。同时，适配体在生物医药研究方面显示出广阔的应用前景。介绍了适配体的发展历程，以及一些典型适配体的生物学功效。提出了RNA适配体三维结构在与靶分子进行相互作用时可能发挥重要作用，以期为RNA适配体的筛选提供理论思考。     

核酸适配体技术在食品有害物检测中的研究进展

核酸适配体是一段可以特异性识别并结合靶分子的寡聚核苷酸片段,具有亲和力强、稳定性好、易于修饰等特点,已经广泛用于检测、分离纯化和医疗三大领域。基于核酸适配体技术的检测方法得到了迅速地发展,已经应用于小分子、蛋白质、细菌病毒等方面的检测。主要综述了核酸适配体检测食品中有害物的研究进展。     

Adaptive recognition by nucleic acid aptamers

Nucleic acid molecules play crucial roles in diverse biological processes including the storage, transport, processing, and expression of the genetic information. Nucleic acid aptamers are selected in vitro from libraries containing random sequences of up to a few hundred nucleotides. Selection is based on the ability to bind ligand molecules with high affinity and specificity. Three-dimensional structures have been determined at high resolution for a number of aptamers in complex with their cognate ligands. Structures of aptamer complexes reveal the key molecular interactions conferring specificity to the aptamer-ligand association, including the precise stacking of flat moieties, specific hydrogen bonding, and molecular shape complementarity. These basic principles of discriminatory molecular interactions in aptamer complexes parallel recognition events central to many cellular processes involving nucleic acids.     

溶藻弧菌适配子亲和力测定条件的优化及其特异性研究

[目的]优化溶藻弧菌适配子亲和力的测定条件,并验证适配子的亲和特异性。[方法]采用地高辛-过氧化物酶显色系统,通过正交试验确定亲和力测定的适宜条件,并在该条件下进行特异性验证。[结果]优化后亲和力的测定条件为：菌浓度3.0×10^8个/ml,结合时间40 min,结合温度28℃;经验证,该适配子对溶藻弧菌具有较高的亲和特异性。[结论]获得了溶藻弧菌适配子亲和力测定的优化条件,并证明了该适配子与溶藻弧菌具有较好的亲和特异性,为溶藻弧菌的SELEX筛选及其快速检测提供了参考。     

核酸适配体生物传感技术在沙门氏菌定量检测中的应用

沙门氏菌是一种重要的人畜共患病病原菌,在世界各地的食物中毒中,该菌引起的中毒事件数量位居前列。目前,基于抗原/抗体、核酸适配体、细胞等传感元件的生物传感技术已被广泛应用于沙门氏菌的定量检测中。其中,核酸适配体是一种短的核酸序列,具有特异性强、亲和力高、合成速度快、重现性好、修饰方便等优点。核酸适配体的这些优点可能会取代抗体,成为分析领域中的潜在识别探针。因此,核酸适配体生物传感技术在沙门氏菌定量检测中具有独特优势。主要综述了核酸适配体生物传感技术在沙门氏菌定量检测中的应用研究。首先对沙门氏菌及其常用检测方法进行简单介绍,其次介绍沙门氏菌核酸适配体的SELEX筛选方法,重点对基于核酸适配体的比色、荧光、表面增强拉曼散射(SERS)、电化学等生物传感技术在沙门氏菌定量检测中的应用进行详细论述,最后对核酸适配体生物传感技术应用于沙门氏菌定量检测的发展前景进行展望。     

运用SELEX技术筛选嗜水气单胞菌适配子

以嗜水气单胞菌为研究对象,采用适体筛选技术（ SELEX, system evolution of ligands by exponential enrichment）,利用体外合成的长度为J8个核苷酸的随机ssDNA文库,以嗜水气单胞菌为靶目标进行12轮的筛选,利用生物素一抗地高辛碱性磷酸酶显色系统检测DNA适配子与嗜水气单胞菌的亲和力．研究结果表明：随着筛选轮数的增加,DNA适配子与嗜水气单胞菌结合后显色,A（absorbance）值逐渐增加,亲和力由最初的0．32升到第9轮的0．72．研究已初步筛选到与嗜水气单胞菌具有高亲和力的DNA适配子,为嗜水气单胞菌的二级结构研究及其检测试剂盒的研发提供了基础．     

Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase

High-affinity nucleic acid ligands for a protein were isolated by a procedure that depends on alternate cycles of ligand selection from pools of variant sequences and amplification of the bound species. Multiple rounds exponentially enrich the population for the highest affinity species that can be clonally isolated and characterized. In particular one eight-base region of an RNA that interacts with the T4 DNA polymerase was chosen and randomized. Two different sequences were selected by this procedure from the calculated pool of 65,536 species. One is the wild-type sequence found in the bacteriophage mRNA; one is varied from wild type at four positions. The binding constants of these two RNA's to T4 DNA polymerase are equivalent. These protocols with minimal modification can yield high-affinity ligands for any protein that binds nucleic acids as part of its function; high-affinity ligands could conceivably be developed for any target molecule.     

Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution

Genetic information storage and processing rely on just two polymers, DNA and RNA, yet whether their role reflects evolutionary history or fundamental functional constraints is currently unknown. With the use of polymerase evolution and design, we show that genetic information can be stored in and recovered from six alternative genetic polymers based on simple nucleic acid architectures not found in nature [xeno-nucleic acids (XNAs)]. We also select XNA aptamers, which bind their targets with high affinity and specificity, demonstrating that beyond heredity, specific XNAs have the capacity for Darwinian evolution and folding into defined structures. Thus, heredity and evolution, two hallmarks of life, are not limited to DNA and RNA but are likely to be emergent properties of polymers capable of information storage.     

基于适配体的光学和电化学法对食源性致病菌检测的研究进展

由于食品的多样性和食品基质的复杂性,食品安全问题已成为全社会共同关注的热点问题,其中微生物引起的食源性疾病居全球食品安全问题之首。食源性致病菌的检测是食源性疾病预防与控制的关键环节。平板计数法被评为微生物检测的金标准,但在致病菌检测过程中信号的放大需要通过单个细胞生长成菌落来实现,因此检测周期较长（3—7 d）。此外,现有的准确检测致病菌的技术有聚合酶链式反应（PCR）和酶联免疫吸附法（ELISA）等,但由于预处理时间长、操作复杂、检测结果存在假阳性等问题,不适合对致病菌进行现场快速有效的检测。核酸适配体是利用指数富集的配体系统进化技术（SELEX）从核酸分子文库中得到的寡核苷酸片段,具有良好的特异性、稳定性、易于修饰和亲和力高等特点,在毒素、抗生素、重金属和致病菌等其他小分子的检测中有很大的潜力。目前,国内外学者已开发了各种基于适配体的检测方法。本文综述了食品中常见的食源性致病菌及其传统的检测方法和近十年来用于致病菌检测的光学和电化学适配传感器,涵盖每种方法的检测策略、检测时间、检测范围和检测限等信息,也提出了适配体传感器在食品安全检测中存在的主要问题,并对其未来研究的发展趋势进行了展望,这些将为今后的研究工作提供一定的基础。     

SELEX技术中ssDNA文库PCR扩增条件的优化

[目的]对SELEX技术中ssDNA文库的PCR扩增条件进行优化。[方法]采用L16(45)正交试验设计在4个水平上对影响单链随机DNA文库PCR反应体系的Mg2+浓度、dNTP浓度、TaqDNA聚合酶含量、引物浓度和随机单链DNA文库量5个重要因素进行了优化,同时对PCR反应的退火温度和循环次数进行了优化,确立最优反应体系和扩增程序。[结果]20μlPCR反应体系及反应程序中各因素优化组合为:10×Buffer2.0μl,随机ssDNA文库0.5ng,Mg2+2.5mmol/L,dNTP Mixture0.25mmol/L,上下游引物各0.6μmol/L,Taq DNA聚合酶1.5U;退火温度为68℃,最佳循环数为12。此反应系统下,随机ssDNA文库PCR扩增谱带清晰、稳定、特异性高。[结论]为SELEX技术中筛选到特异性更强的适配子奠定了基础。     

2种不同方法制备玉米赤霉烯酮单克隆抗体适配子的ssDNA文库的比较

体外合成全长为71个碱基的随机ssDNA文库,采用SELEX技术,以玉米赤霉烯酮单克隆抗体为靶蛋白,微孔板为筛选介质进行筛选。通过对比不对称PCR法和生物素-链霉亲和素磁珠2种分离方法制备ssDNA文库的效果,确定了以生物素-链霉亲和素磁珠分离方法制备ssDNA为优选方法。ssDNA文库扩增为双链DNA(dsDNA)文库的PCR反应条件为:退火温度50℃,循环数20次。不对称PCR退火温度为50℃,最佳循环数为30次,引物Ⅰ与引物Ⅱ的比例为80∶1。此反应条件下,ssDNA文库PCR扩增的条带清晰、稳定、特异性高。生物素-链霉亲和素磁珠法为有效筛选特异性强的玉米赤霉烯酮单克隆抗体适配子的优选技术方案,为适配子SELEX筛选奠定基础。     

PCR－核酸试纸条法快速检测鸽子源性成分

[目的]提高动物源性成分检测效率,建立PCR-核酸试纸条快速检测技术体系。[方法]针对物种特异性DNA序列,设计并标记引物;建立并优化PCR反应体系;利用通用核酸试纸条进行结果判读。[结果]试验表明,PCR-核酸试纸条特异性高;绝对灵敏度为0.001 3 ng/μL,混合样品,实际灵敏度为0.01%;加工处理样品,实际灵敏度为0.1%;最低检测限检出率为100%,稳定性良好。[结论]综上,PCR-核酸试纸条方法是一种既有PCR反应的高灵敏度,又具有免疫学检测的特异性好的特点,同时操作简便的快速检测方法。     

DNA-templated organic synthesis and selection of a library of macrocycles

The translation of nucleic acid libraries into corresponding synthetic compounds would enable selection and amplification principles to be applied to man-made molecules. We used multistep DNA-templated organic synthesis to translate libraries of DNA sequences, each containing three "codons," into libraries of sequence-programmed synthetic small-molecule macrocycles. The resulting DNA-macrocycle conjugates were subjected to in vitro selections for protein affinity. The identity of a single macrocycle possessing known target protein affinity was inferred through the sequence of the amplified DNA template surviving the selection. This work represents the translation, selection, and amplification of libraries of nucleic acids encoding synthetic small molecules rather than biological macromolecules.     

Self-assembled water-soluble nucleic acid probe tiles for label-free RNA hybridization assays

The DNA origami method, in which long, single-stranded DNA segments are folded into shapes by short staple segments, was used to create nucleic acid probe tiles that are molecular analogs of macroscopic DNA chips. One hundred trillion probe tiles were fabricated in one step and bear pairs of 20-nucleotide-long single-stranded DNA segments that act as probe sequences. These tiles can hybridize to their targets in solution and, after adsorption onto mica surfaces, can be examined by atomic force microscopy in order to quantify binding events, because the probe segments greatly increase in stiffness upon hybridization. The nucleic acid probe tiles have been used to study position-dependent hybridization on the nanoscale and have also been used for label-free detection of RNA.     

鸡法氏囊病毒重组多抗原表位串联肽的制备及其免疫反应

合成含有鸡法氏囊病毒抗原表位核酸序列的4条引物,利用SOE-PCR (重叠延伸PCR法)方法克隆得到含鸡法氏囊病毒多抗原表位串联肽的核酸序列。通过EcoR I和Sal I 两个酶切位点使该核酸序列插入原核表达载体(pET32a)。SDS-PAGE 实验结果表明鸡法氏囊病毒重组多抗原表位串联肽在大肠杆菌中的表达量为20%左右。Western blotting试验和免疫琼脂扩散沉淀试验（AGP）的结果均表明鸡法氏囊病毒重组多抗原表位串联肽具有明显的抗原性。     

利用单线虫多重PCR技术快速制备DNA分子量标准

基于单只线虫6对染色体及多重PCR技术建立一种特异性扩增特定长度核酸片段的方法,进而探索其在常规核酸分子量标准制备中的应用。利用多重PCR引物设计及特异性评估软件以秀丽线虫6对染色体为模板,分别设计扩增不同长度核酸片段的特异性引物对,并直接对单只秀丽线虫进行多重PCR扩增,采用20g/L琼脂糖凝胶电泳进行分离鉴定并采集图像,通过系统研究优化获得特异性高的1～6重PCR扩增产物,产物大小经鉴定与预期目的条带一致,6重PCR扩增产物条带与常规分子量标准DL 2 000相应条带完全吻合,说明采用该方法能够有效制备特定片段大小的分子量标准。     

土壤中重金属砷赋存形态和检测方法研究进展

探讨土壤中砷赋存形态和砷主要的化合物。介绍检测土壤中砷的方法,主要包括分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光法、X射线荧光光谱法等国内常用的研究方法,以及核酸适配体法、联用技术等国外常用的研究方法,揭示了各种检测方法的原理和优缺点,并提出土壤中重金属砷的一些尚待研究的问题,对土壤中重金属砷的研究具有非常重要的意义。     

基于链替代扩增-纳米金比色直观检测单链核酸方法的研究

[目的]将链替代扩增技术与核酸修饰纳米金积聚变色的光学特性相结合,设计了一种新型的直观检测3′端暴露单链核酸的方法,实现对单链核酸的高灵敏度检测。[方法]设计一条含有硫代修饰酶切位点的单链核酸（ZDNA）,其酶切位点5′端是能将核酸修饰纳米金变色的Linker序列,3′端是能与Target单链核酸3′端完全互补的H序列。当无Target存在时,Linker会充分暴露,能使核酸修饰纳米金积聚呈现紫色;但是当Target存在时,会与H序列完全互补,作为ZDNA的引物进入链替代扩增循环,形成的新链不断与Linker序列互补,不能使核酸修饰纳米金积聚呈现红色,从而间接检测了Target单链核酸。[结果]通过一系列试验确定检测体系,具体为：40μl修饰纳米金溶液（0.52 nmol/L）加入10μl酶循环体系（ZDNA20 nmol/L,33 mmol/L Tris-HCl（pH值7.9）;10 mmol/L MgCl2;66 mmol/LNaCl;0.5 mmol/LdNTP;0.1 mg/ml BSA;0.05 U/μl klenow;1 U/μl Hinc II）,直观或紫外检测并绘制Target浓度与纳米金积聚程度的标准曲线,表明Target浓度在1~200 pmol/L的范围内呈现良好的线性关系,R2=0.946,最低检测限是1 pmol/L。[结论]链替代扩增-纳米金比色检测单链核酸方法简便、直观、成本低,与传统修饰纳米金比色检测DNA方法相比,灵敏度提高了104倍。