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SSB | 华东理工大学和上海交通大学开发基于硫修饰DNA的新型快速核酸检测平台 精选

已有 4663 次阅读 2023-3-17 11:14 |系统分类:科研笔记

近日,华东理工大学生物工程学院张立新团队在Synthetic and Systems Biotechnology期刊在线发表“A rapid nucleic acid detection platform based on phosphorothioate-DNA and sulfur binding domain”的研究成果。研究人员基于硫修饰DNA及硫修饰DNA结合蛋白开发了一个新型核酸检测平台。华东理工大学生物工程学院博士生帅玉婷为第一作者,上海交通大学生命科学技术学院刘光为通讯作者,华东理工大学生物工程学院为该文章的第一通讯单位。


PART 01

研究内容简介

 

核酸检测对于控制传染源并进行预检是有效的防控方式。目前常用的PCR技术耗时费力且成本高昂,新兴的CRISPR技术正在蓬勃发展,但仍然存在明显限制点,例如Cas蛋白序列识别PAM位点限制、体外gRNA操作难度大、荧光探针成本高昂等。因而开发新的核酸检测方法,可以为当下技术问题的解决提供新的思路。
本论文基于近些年新发现的天然DNA硫修饰系统,开发了一个新型核酸检测平台SENSOR(Sulfur DNA mediated nucleic acid sensing platform)。以硫修饰DNA作为探针,硫修饰结合蛋白SBD(sulfur binding domain,SBD)偶联分裂荧光素酶进行DNA靶向和信号输出,可在10 min内完成检测,进一步结合样本核酸扩增,最终实现了aM级别的灵敏度。
该新型核酸检测系统的具体原理是:将SBD与分裂萤火虫荧光素酶进行融合,以此作为检测系统的基础。以两条硫修饰单链DNA为探针,与目标待检测核酸结合,随后SBD结合到硫修饰双链位置处,并促进两个荧光素酶半体靠近、形成一个有活性的完整荧光素酶,催化底物发出荧光。若体系中不含目标核酸,则无法形成有活性的完整荧光素酶。通过该方法,实现在10 min内对目标核酸进行特异性检测。进一步结合目前的核酸扩增技术,比如聚合酶链式扩增(PCR)、重组酶聚合酶扩增(RPA)等,对来自环境、生物体等样本中的微量核酸进行扩增放大,可以实现对DNA或RNA病毒、病原细菌、耐药细菌等,以及对基因水平上单核苷酸变异引起的DNA序列多态性(SNP)进行快速、高效、灵敏的检测(图1)。

微信图片_20230313122251.jpg


图1 新型核酸检测系统原理


该系统的直接检测灵敏度在25 nM左右,随后研究人员对该系统进行一系列优化后,偶联RPA等温扩增或者PCR扩增程序后,可以对样本核酸实现aM级别检测灵敏度。并使用该系统对单核苷酸多态性(SNP)以及模拟的新冠假病毒样本进行检测尝试。针对新冠病毒模拟样本的检测,有效样本浓度在1500拷贝左右(约2.5 fM样本浓度)。对于不同的新冠病毒突变株(L452R及E484Q突变株),也实现了有效的区分(图2)。



微信图片_20230313122257.jpg


图2  SENSOR系统对SNP及假病毒样本检测


基于硫修饰DNA及硫修饰结合蛋白的新型核酸检测系统SENSOR可以对病毒核酸进行简便、快速、灵敏的检测,并且可以实现SNP区分病毒变异株,为检测领域的发展及更好的防控流行性传染病提供帮助。
该研究获得国家自然科学基金(31900060)、国家重点研发计划项目(2020YFA0907800, 2022YFC3400200, 2022YFA0912200)、上海市自然科学基金(20ZR1414500)的资助。


PART

02
文章信息

A rapid nucleic acid detection platform based on phosphorothioate-DNA and sulfur binding domain


Yuting Shuai, Yi Ju, Yuanhang Li, Dini Ma, Lan Jiang, Jingyu Zhang, Gao-Yi Tan, Xueting Liu, Shenlin Wang, Lixin Zhang, Guang Liu.


https://doi.org/10.1016/j.synbio.2023.02.002


Synthetic and Systems Biotechnology是高质量国际开放获取期刊,创刊于2016年。期刊覆盖合成生物学、系统生物学以及生物医药等领域。期刊现已被SCIE、EMBASE、PubMed Central、Scopus、CSCD等重要数据库收录。
  • 2021 Impact Factor: 4.6925-Year Impact Factor: 5.23; JCR分区Q2

  • 2021 CiteScore: 6.60, 位列学科Q1区

  • 2022中科院分区生物学大类Q2区;生物工程与应用微生物小类Q1区

  • 入选2019年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目





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1 许培扬

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