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华东理工科研成果有望大幅降低DNA测序成本

2016/04/30 来源:中青在线
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导读
近期,华东理工大学化学与分子工程学院的龙亿涛科研团队在生物纳米孔超灵敏单核苷酸分辨领域取得独创性突破,该研究成果以华东理工大学作为独立研究单位,于4月25日在《Nature Nanotechnology》(自然-纳米技术)上发表。


DNA测序能够从血液或唾液中分析测定基因全序列,预测罹患多种疾病的可能性,同时可以帮助患者精准治疗。但目前的DNA测序技术,昂贵的价格让普通大众望其项背。寻找低成本、快速的DNA测序技术,成为科学家们研究的热点,生物纳米孔单分子分析技术因其低成本、快速和无需荧光标记等优点被视为最具前景的DNA测序技术之一。

近期,华东理工大学化学与分子工程学院的龙亿涛科研团队在生物纳米孔超灵敏单核苷酸分辨领域取得独创性突破,该研究成果以华东理工大学作为独立研究单位,于4月25日在《Nature Nanotechnology》(自然-纳米技术)发表了题为“Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore”的研究论文。

生物纳米孔单分子分析技术的原理是通过电场力驱动单链DNA穿过纳米尺寸的孔道,由于不同的脱氧核苷酸通过纳米孔道时产生了不同阻断程度和阻断时间的电流信号,由此可根据电流信号读出每条DNA序列上的碱基信息。但在实际实验过程中,单链DNA穿过纳米孔的速度极快(约1微秒/碱基),造成了的电流阻断信号极小(皮安级),阻碍了纳米孔测序技术发展。

基于自主研制的超低电流检测装置,龙亿涛课题组首次使用野生型且无任何修饰的Aerolysin(气单胞菌溶素)生物孔,将单链DNA的过孔速度降低了三个数量级(2.0毫秒/碱基),从而极大地提高了电流检测的灵敏度,完成了对仅有单个碱基差异DNA分子的超灵敏识别,并实现了混合复杂体系的超灵敏检测和核酸外切酶“分步降解”单链DNA过程的实时观测。此外,该研究还通过改变检测体系的酸碱度,调节了气单胞菌溶素孔道内腔的电荷分布,同时结合单链DNA在孔内有效电荷数的计算,获得了纳米孔表/界面上电荷的分布信息,促进了对DNA与气单胞菌溶素孔道内腔表面氨基酸残基相互作用的深入理解。

据介绍,气单胞菌溶素来源于嗜水气单胞菌,主要存在于水生环境包括海水、湖泊、蓄水池和供水系统中,是一种天然的纳米蛋白孔,具有成本低、简单易得的特点。早在2006年,龙亿涛教授就发现气单胞菌溶素能够作为一种纳米蛋白孔,并具有实现高灵敏单分子检测的潜力。该论文的第一作者曹婵,于2011年进入龙亿涛课题组以来一直从事生物纳米孔的相关研究,通过大量的实验尝试和经验积累,实现了气单胞菌溶素纳米通道的成功制备和单分子信号的获取。

“这一独创性研究成果不仅进一步降低纳米孔单碱基分辨的成本,同时也将大大提高纳米孔DNA测序的精确度。”据龙亿涛介绍,未来,结合高带宽低噪音的电流检测仪器,气单胞菌溶素纳米孔有望实现单碱基直接分辨以及对DNA损伤的检测,这将大大推动DNA测序技术以及个性化医疗的发展。

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