近日，中國科學院重慶研究院精準醫療單分子診斷技術研究中心基于固態孔器件在細菌內毒素，癌基因構象鑒別及蛋白與核酸特異性作用監測等方面取得一系列進展，成果發表在：《Biosens. Bioelectron.》，《Chem. Eng. J.》，《ACS Appl. Mater. Interf.》和《Coor. Chem. Rev.》。
革蘭氏陰性菌細菌內毒素是泌尿功能障礙及膿毒癥的主要感染誘因。文獻報道的內毒素脂多糖的檢測主要是基于脂多糖與功能蛋白及適配體互作的光、熱及電化學方法，可靠性及成本均有待改善。我們通過氮化硅固態孔單分子器件平臺，能實現低至10 ng/mL 的不同菌種脂多糖及細菌混合物的菌種鑒別，也區分了同一菌種不同亞型。同時我們驗證了脂多糖與抗生素PMB及DNA適配體的特異性單分子相互作用能力。最后我們將方法推廣至人體血樣及環境水體樣本中細菌內毒素的檢測，也初步驗證了方案的適用性，提供了一種高敏、簡捷的臨床診察及環境水質的內毒素監測方法。(Single-Molecule Lipopolysaccharides Identification and the Interplay with Biomolecules via Nanopore Readout, Biosens. Bioelectron. 2023, 240, 115641)
核仁素蛋白廣泛存在人類細胞核中，控制著核酸的新陳代謝及染色質結構，尤其能選擇性結合DNA/RNA G-四聯體，參與miRNA的生物學功能與癌細胞過表達調控。我們利用固態孔單分子技術首先鑒別了相差一個堿基長度的不同癌基因DNA/RNA G-四聯體構象，也實現了100 pM的核仁素蛋白靈敏檢測及核仁素與AS1411-G4 和 pre-miRNA 92b , pre-miRNA 149的特異性結合能力，也在人體血樣中證實了核仁素與這些癌基因結構的選擇性結合。本工作為研究癌基因四鏈體的單分子構象差異及蛋白與核酸高級結構特異性結合機制提供新的思路，也為核仁素蛋白相關疾病診斷進程提供參考。(Single-molecule recognition of Nucleolin and the interactions with DNA/RNA G-quadruplexes via nanopore decoding, Chem. Eng. J., 2023,473, 145311)
C反應蛋白（CRP）是炎癥反應標志物也與眾多疾病病理及癌癥進程密切關聯。單分子固態孔平臺同樣也實現了下限低至0.3 ng/μL的CRP檢測，且證實了CRP與核酸適配體的選擇性互作能力以及模擬血樣中CRP的靈敏監測。(Single-molecule Identification of the Conformations of Human C-reactive Protein and Its Aptamer complex with Solid-State Nanopore, ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14, 10, 12077-12088)
課題組也就納米孔道載體材料的設計及單分子傳感原理進行了系統的綜述，并對納米孔單分子傳感領域的應用前景和新材料開發以及檢測原理創新做了總結和展望。(Overview of the materials design and sensing strategies of Nanopore devices, Coor. Chem. Rev., 2023, 478, 214998)
上述工作得到中國科學院西部之光、重慶市科技局等項目資助。
相關論文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115641;
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145311;
https://doi.org/10.1021/acsami.2c00453;
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214998.
