基于构型固定化的核酸适配体优化及石房蛤毒素的高灵敏度SPR传感检测研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31801620
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2008.食品质量与安全检测
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Aptamer is a kind of single-stranded nucleic acid recognition element, which is selected in vitro. It has broad application prospect in the field of food safety detection, especially for small molecular targets. However, the present selected aptamers of small molecular targets have limited affinity. We analyze the thermodynamical reason herein. It is hard for the highly flexible aptamer with variable configuration to fold into stable conformational structure, and there is large entropy loss when it binds with the target, and thus leading to weak binding ability (affinity). Based on the analysis, we innovatively propose to fix the configuration of aptamer so as to reduce the entropy loss in the binding process, and thus to improve the affinity. In the other words, we will explore to get a fixed configuration by regulating the base distance and sequence in the terminals of the aptamer, and adding multivalent cations. There will be three research contents in the project. Firstly, we will develop a DNA tetrahedron-based SPR assay which can be used for accurate evaluation of the affinity of aptamer; Secondly, we will choose the present aptamer of saxitoxin, APTSTX, as a model, and study the influence rule of the sequence and the multivalent cations on affinity; Finally, the optimized aptamer with highest affinity will be used to develop a SPR-aptasensor for highly sensitive detection of saxitoxin in real food. This project is of great significance to promote the theoretical research and application progress of aptamer.
核酸适配体是经体外筛选获得的单链识别因子,在食品安全领域具有广阔的应用前景,对小分子靶标的检测优势突出。但目前筛选到的小分子的适配体大多亲和力有限,不易实现高灵敏检测。本项目从热力学角度进行分析,高灵活性的适配体链构型多变,难以形成稳定的折叠结构,结合靶标时熵损失严重,故结合能力弱。基于此,本项目提出通过优化使适配体构型固定以减少熵损失,从而提高其亲和力的新思路。即,通过调节适配体末端的距离和序列、调节多价阳离子条件,得到最适固定构型,减少结合熵损失,从而提高亲和力。研究内容包括,采用DNA四面体修饰的SPR芯片建立精准评价适配体亲和力的关键方法;以石房蛤毒素的适配体APTSTX为起始链,进行适配体构型优化,并探讨末端序列、阳离子条件影响亲和力的规律;以亲和力最高的优化适配体构建适配体-表面等离子共振传感器进行石房蛤毒素的高灵敏度检测。本项目对推进适配体的理论研究和应用开发具有重要意义。

结项摘要

核酸适配体具有体外SELEX筛选、成本低、可接受多种化学修饰等优点,在食品分析领域应用前景广阔,但目前筛选的核酸适配体多数亲和力有限,用于构建核酸适配体传感器时,难以满足高灵敏度检测分析。探究制备高亲和力核酸适配体的有效方法,在明确核酸适配体分子识别机制前提下理性设计核酸适配体传感器,是推动核酸适配体走向应用的首要途径。. 本项目从核酸适配体与靶标的结合机理切入,设计了锁定适配体双末端、双适配体嵌合、先截短后双适配体嵌合等post-SELEX策略优化核酸适配体构型、促进核酸适配体的三维折叠,以提高核酸适配体的亲和力,并利用分子对接和分子相互作用研究深入解析所得核酸适配体与靶标的识别机理,最后将高亲和力核酸适配体与高灵敏响应传感技术相结合,开发可针对实际食品样品检测的核酸适配体传感器。通过上述post-SELEX策略,可使得核酸适配体亲和力显著提高,亲和力常数Kd由µM水平降至低nM水平,获得了针对石房蛤毒素等食品靶标的多条高亲和力核酸适配体。在明确了其分子识别机制之后,通过结合纳米四面体辅助所得核酸适配体的理性固定、基于分子识别机制设计理性竞争以及构建高灵敏信号放大策略,成功构建了一系列检测限低至低nM或pM水平的核酸适配体传感器。所构建的核酸适配体传感器具有良好的准确性、选择性,且成本低、操作简便,可用于针对实际食品样品的高灵敏传感分析检测。本项目对于推广核酸适配体的发展和实际应用具有重要的学术意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A competitive colorimetric aptasensor transduced by hybridization chain reaction-facilitated catalysis of AuNPs nanozyme for highly sensitive detection of saxitoxin
通过杂交链式反应促进金纳米粒子纳米酶催化转导的竞争性比色适体传感器,用于高灵敏度检测石房蛤毒素
  • DOI:
    10.1016/j.aca.2021.338710
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Analytica Chimica Acta
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zhao Yinglin;Li Ling;Ma Rui;Wang Lele;Yan Xiaochen;Qi Xiaoyan;Wang Sai;Mao Xiangzhao
  • 通讯作者:
    Mao Xiangzhao
Emerging roles of the aptasensors as superior bioaffinity sensors for monitoring shellfish toxins in marine food chain
适体传感器作为监测海洋食物链中贝类毒素的优质生物亲和传感器的新兴作用
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2021.126690
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Zhao Yinglin;Li Ling;Yan Xiaochen;Wang Lele;Ma Rui;Qi Xiaoyan;Wang Sai;Mao Xiangzhao
  • 通讯作者:
    Mao Xiangzhao
Highly sensitive and specific detection of small molecules using advanced aptasensors based on split aptamers: A review
使用基于分裂适体的先进适体传感器对小分子进行高灵敏度和特异性检测:综述
  • DOI:
    10.1016/j.trac.2020.116069
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Trends in Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qi Xiaoyan;Yan Xiaochen;Zhao Yinglin;Li Ling;Wang Sai
  • 通讯作者:
    Wang Sai
Engineering aptamer with enhanced affinity by triple helix-based terminal fixation
通过基于三螺旋的末端固定来工程化具有增强亲和力的适体
  • DOI:
    10.1021/jacs.9b09292
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of the American Chemical Society
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Zhao Lianhui;Qi Xiaoyan;Yan Xiaochen;Huang Yunfei;Liang Xingguo;Zhang Liqin;Wang Sai;Tan Weihong
  • 通讯作者:
    Tan Weihong
Advances and perspectives of aptasensors for the detection of tetracyclines: A class of model compounds of food analysis
四环素类适体传感器检测的进展与展望:一类食品分析模型化合物
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Food Chemistry
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Wang Sai;Yan Xiaochen;Yang Yan;Qi Xiaoyan;Zhao Yinglin;Li Ling;Ma Rui;Wang Lele;Dong Yiyang;Sun Jianan;Mao Xiangzhao
  • 通讯作者:
    Mao Xiangzhao

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    --
  • 作者:
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
    刘杰;姚莹莹;王赛;郑春苗
  • 通讯作者:
    郑春苗

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AuNPs-适配体-壳寡糖模拟酶组胺识别/转导机制及在对虾鲜度评价中的应用
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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