基于核酸信号放大技术的蛋白质测定新方法研究

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蛋白质作为生命的物质基础,它对于生命体和各种形式的生命活动具有重要的意义,所以对重要蛋白质的检测日益成为焦点。然而生物传感器所具备的检测灵敏度高,并且能在复杂体系中准确检测目标物的优点为蛋白质的检测带来新的发展方向。许多研究者致力于设计并研发新型的传感器,从而可以快速、灵敏地检测蛋白质。核酸适配体作为一种功能性核酸,它主要是通过体外筛选技术——指数富集配体系统进化法(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)筛选得到的DNA或RNA片段。筛选所得的核酸适配体可以特异性识别目标物,如小分子、蛋白质、细胞、金属离子等,并且核酸适配体具有易于合成和修饰的优点。随着越来越多蛋白质的核酸适配体被筛选出来,核酸适配体在以蛋白质为分析模型的生物传感器中得到广泛的应用。然而仅仅依靠核酸适配体与蛋白质的结合而引起信号的改变以实现对目标物灵敏检测的作用是有限的。信号放大技术对于提高实验检测的灵敏度有着显著的作用。如今基于各种核酸放大技术实现对目标物灵敏检测的方法被广泛应用于生物传感器的构建中,如滚环扩增技术、切刻内切酶放大技术、聚合酶扩增放大技术等等。综上所述,在查阅已有文献的基础上,本文基于核酸放大技术构建了一系列新型的生物传感器用于蛋白质的检测。具体的工作内容如下:在第2章中构建了一个基于杂交链式反应放大技术(HCR)和酶催化反应的电化学传感器,并将该传感器用于γ-干扰素的检测。杂交链式反应中含有两个部分互补杂交的发夹探针,在引发链的诱导作用下这两个发夹探针通过不断地互补杂交以链置换方式打开全部发夹,最终形成大量带切口的长双螺旋DNA。被固定在电极表面的捕获探针可与γ-干扰素的核酸适配体互补杂交。目标蛋白与核酸适配体的作用使得γ-干扰素核酸适配体所在的识别探针无法被捕获到电极表面,从而识别探针中引发链部分所诱发的HCR反应产物无法连接和固定到电极表面。由于杂交链式反应放大方法中所用的发夹探针的末端修饰有生物素,则链酶亲和素修饰的碱性磷酸酯酶可以通过生物素和链酶亲和素的作用结合到电极表面HCR反应产物上。碱性磷酸酯酶可催化非电化学活性的物质1-萘酚磷酸盐转化为具有电化学活性的物质1-萘酚,实现对体系中目标物含量的检测。第3章中利用切刻内切酶介导的链置换放大技术检测凝血酶。目标物凝血酶与核酸适配体相结合引起适配体构象的变化,从而使核酸适配体所在的RP发夹探针结构改变,并释放出其茎端部分的碱基,继而与HP发夹探针的环状部分互补杂交。HP发夹探针被打开之后,具有切刻内切酶识别位点的单链DNA可以和HP发夹探针部分杂交。在聚合酶和切刻内切酶的作用下,产生大量与分子信标互补的DNA,从而使得分子信标的荧光恢复。除此之外,RP发夹探针与凝血酶的复合物在聚合酶作用下被置换下来,从而可以与新的HP发夹探针杂交形成循环效应,以提高检测的灵敏度。在第4章中基于氧化石墨烯可以猝灭荧光的性质,运用核酸外切酶Ⅲ酶切循环放大技术检测溶菌酶。核酸外切酶Ⅲ在遇到单链DNA和3’端突出4个以上碱基的双链DNA时会失去酶切活性。溶菌酶的适配体所在的核酸链为3’端突出10个碱基的发夹探针。溶菌酶与适配体结合使发夹探针构象发生改变,继而荧光探针可以和发夹探针互补杂交并在荧光探针的3’端形成一个平齐末端。此时,外切酶Ⅲ可以将荧光探针切割成DNA片段,则发夹探针可以与新的荧光探针互补杂交,实现酶切循环。由于DNA片段不能被石墨烯吸附,则修饰在荧光探针的荧光基团的荧光可以保持。通过检测荧光信号可以实现目标物的定性和定量分析。并且该方法还可能用于其他小分子、DNA、蛋白质的检测等等。
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