基于Origami的生物分子识别效应研究

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DNA折纸是由一条长的单链(M13mp18)和许多互补的短链在退火后自组装而成的。每条短链在折纸上的位置都是特定的,而且DNA折纸具有纳米级别的定位特点,这些使得DNA折纸具有纳米级别的寻址性。原子力显微镜(AFM)具有原子级的分辨率,能够对样品进行纳米区域的理化性质的研究。DNA折纸术与原子力显微镜技术相结合使得我们能在单分子水平上研究生物分子的相互作用,这对生物分子识别效应研究以及抗体药物的筛选可能有着非常重要的作用。利用AFM表征技术,本文对DNA折纸界面上的生物分子间相互作用进行了三方面研究:(1)研究了DNA折纸界面上抗原间距的不同对抗原与抗体结合效率的影响,获得的实验数据表明,地高辛抗原分子(DIG)间距离可显著影响相互间的结合效率。本文实验中,设计了7种不同的距离:两个DIG分子的间距分别为0nm、6nm、12nm、18nm、24nm、30nm、36nm。当两个DIG分子的距离达到30nm的间距时,DIG与其抗体间的结合效率显著下降,与只有一个DIG分子(0nm)行为一样,即此时DIG分子与DIG抗体的结合效率基本相当。有文献[1]报道,HIV病毒之所以能够有效地躲避机体的防御系统,可能是因为其表面的包膜刺突(含抗原)相距很远,同一个抗体的两个Fab端无法同时与包膜刺突结合,使得抗体与其结合能力下降,从而导致抗体对HIV病毒的消灭作用大大减弱,本研究结果有可能在纳米尺度上为抗原抗体相互作用的定量研究提供新的途径。(2)研究了DNA折纸界面上不同密度的DIG分子,对其抗体结合效率的影响。实验结果表明:DNA折纸界面上DIG分子的密度对其与DIG抗体的结合效率有直接的影响。在一定范围内,当抗体e浓度一定时,随着DIG密度增加,它们间的结合效率就越强,变化范围从4%到99%不等。(3)研究了不同种类缓冲液体系和不同金属离子(K离子)对修饰在DNA折纸界面上的aptamer与溶液中thrombin结合能力的影响。发现HEPES缓冲液是一种比较合适的缓冲液,且当K离子浓度为20mMol/L时,折纸界面上的aptamer与thrombin结合效率最好。该实验结果有助于加深对aptamer与靶分子间的特异性识别关系的理解,对DNA折纸在生物分子识别的研究和应用方面起到一定的借鉴作用。
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