基于DNA模板控制的分子库合成新策略及新反应发现研究

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研究人员一直在探索高效率、低成本且具有通用性的技术手段,使之用于发现具有生物活性的小分子和新化学反应。DNA模板策略利用了自然界中进化与选择的思想,能够对于小分子活性以及化学反应进行高通量筛选。相较传统对小分子和化学反应进行筛选的方法,DNA模板策略并不需要复杂仪器设备辅助和高昂耗材花费。  本研究利用DNA模板策略,发展了一种独特的合成方法用于DNA编码分子库的构建和另一种高灵敏检测技术用于新化学反应发现体系研究。报道了一种全新的DNA模板控合成策略,只需要一种模板DNA即可构建整个DNA编码分子库,且不受到分子库成员数目的限制。作者利用次黄嘌呤能够没有选择性的与四种普通碱基进行配对的特性,设计了一种通用模板DNA。该模板DNA能够与不同编码序列的试剂DNA进行杂交并控制其进行相应的化学反应。同时结合光切除连接基团和试剂DNA进行编码等独特的设计,作者利用凝胶电泳和质谱分析的实验数据证明了该通用模板能够进行DNA模板控制下的多步合成。利用该通用模板策略构建了生物素标记多肽分子库和苯磺酰胺标记多肽分子库,建并用链霉亲和素和碳酸酐酶Ⅱ对相应的分子库进行活性选择。相关实验表明,活性分子能够在大量背景下被高选择性的富集。该结果进一步证明了作者所发展的策略在分子库构建中具有编码专一性,同时也表明通过该策略合成的DNA编码分子库能够进行相应的选择和活性物质确定。发展了一种基于DNA模板控制化学的新反应检测体系。该体系由DNA模板导向化学反应,模板DNA光断裂,反应产物连接断裂模板和定量PCR检测放大等四个过程构成。作者利用E.coli DNA连接酶在连接成键组与未成键组的过程中存在效率差异,实现了对于两者的区分和对于成键组的富集。实验结果表明,该体系不仅具有广泛的底物普适性,同时能将原本丰度很低的成键组从大量背景中选择出来进行富集。进一步地,作者将该体系发展为一种“反应尺子”,用于筛选基于DNA杂交配对且同时满足空间要求的反应底物。该过程为发现可能的新化学反应提供了新手段。同时,作者还将该体系与滚环扩增技术相结合,以期待解决原有体系中由于定量PCR造成较高检测背景的局限。通过巧妙的设计和系统化的探索发展了一种通用策略用于DNA编码的分子库合成以及一种高通量的检测化学反应技术。这些研究探索不仅对DNA模板控制的有机合成应用起到极大推动作用,同时表明将生物体系中衍化的选择原理与实验室中实现的化学体系进行有机融合是具有极大潜力的。
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