产品应用案例│MagBeads™链霉亲和素磁珠助力模块化DNA电路用于传染性病原体的即时检测
近年来，传染性疾病如冠状病毒、高致病性禽流感、埃博拉病毒等由于致死率高、传播速度快，在全球范围内对人类健康及社会经济造成严重影响。准确、特异和低成本的传染性病原体检测是防止病原体传播及建立全球监测网络的关键步骤。传统病原体检测方法包括平板培养、显微镜观察、基因组扩增、免疫分析。然而，这些基于培养的技术需要较长的诊断时间（约20 ~ 72小时），不利于及时治疗。目前，基因检测由于其高特异性，已被确定为对病原鉴定的替代方法。聚合酶链反应（PCR）是最常见的高灵敏度基因检测技术，但PCR需要复杂的热循环和操作技术，限制了其在传染病原体即时检测（POCT）中的应用。因此，需要建立更有效、准确和快速的对传染病进行诊断的POCT方法。
南京邮电大学的朱丹等人率先提出了一种用于多种感染病原体的平行比色检测的模块化的DNA电路。工作发表在Analytical Chemistry（IF 6.986）。DNA电路由一个固定模块和一个具有可视化比色读数的可变模块组成。DNA电路的固定模块由生物素化的DNA偶联链霉亲和素磁珠（1 μm，购自东纳生物）组成，能实现快速磁分离和纯化。可变模块由识别模块、信号输出模块和催化模块组成，可根据靶向基因的特殊序列进行编辑。在催化模块的作用下，感染性病原体的遗传靶标通过DNA电路翻译，并持续产生大量的类过氧化物如脱氧核酶来产生蓝绿色的可读信号。传染性病原体的多个遗传靶标，包括甲型流感病毒亚型H7N9、埃博拉病毒、甲型流感病毒亚型H1N1、寨卡病毒和登革病毒，可以同时被DNA电路平行检测到。由于模块化设计，DNA电路可灵活组装，易于回收。用尿素处理后，固定模块可重复使用5次以上。DNA电路可以作为一种简单有效、经济环保的测试平台应用于多种感染性病原体的比色检测。
图1：比色法检测靶向基因的DNA电路构建方案。
本文重点
1.构建DNA电路用于靶向基因检测及优化检测条件
图1为DNA电路模块的结构图，该电路由固定模块和用于检测传染性病原体靶向基因的可变模块组成。固定模块由链霉亲和素磁珠上结合生物素化DNA（生物素- S1）组成。可变模块由根据靶向基因进行设计的三部分组成：识别模块（S2）、信号输出模块（S3）和催化模块（S4）。DNA电路可以对靶向基因进行识别并循环放大目标信号。电路中所涉及的DNA酶在与血红素结合后是一种呈现出G-四重结构的过氧化物酶，可在过氧化氢存在下催化氧化2,2'-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS），产生蓝绿色。若不存在靶向基因，DNA回路就不会连通，就不会有颜色显示。
2.DNA电路对多种病原体基因并行检测的可行性
采用DNA电路对含有H7N9基因、埃博拉基因、H1N1基因、寨卡病毒基因和登革热基因的混合溶液进行检测，结果显示DNA电路可正确识别靶向基因，具有很高的特异性，可进行多组分检测。
图2：(a) 用于并行多种病原体基因的DNA电路（1-5）示意图。
DNA电路（1-5）分别对H7N9基因、埃博拉基因、H1N1基因、寨卡病毒基因和登革热基因具有特异性；(b) 体系中存在H7N9基因、埃博拉基因、H1N1基因、寨卡病毒基因和登革热基因的混合物；(c) 体系中存在H7N9基因、H1N1基因和登革热基因的混合物；(d) 无病原体核酸存在的体系，DNA电路反应后的颜色变化以及相应的吸光度柱状图分析。
3.分别用含有靶向基因（H7N9基因、埃博拉病毒基因、H1N1基因、寨卡病毒基因和登革热基因）的人血清样品评估了DNA电路在生物介质中应用的可行性。结果显示DNA电路具有应用于临床样品检测的潜在价值。
图3: 用DNA电路对含有0到75 nM不同浓度埃博拉病毒基因的血清的紫外-可见光谱、照片以及特征吸收（421 nm）与埃博拉病毒基因浓度的线性关系。
本文总结
本研究工作针对传染性病原体开发了基于比色检测的模块化DNA电路。该检测方法的灵敏度可达到pmol级别。DNA电路由灵活可编程设计的模块组成，可以用于多个靶向基因的平行检测。通过简单的尿素介导变性及磁分离，固定模组DNA电路可至少被回收再利用五次。这种基于比色的模块化DNA电路可潜在用于传染性病原体的POCT检测 。
参考文献
Zhu D., Ma Z. H., Wang Z.C., et. al., Modular DNA Circuits for Point-of-Care Colorimetric Assay of Infectious Pathogens., Anal. Chem. 2021, 93, 13861-13869.
相关产品信息
产品名称 | 货号 | 规格 | 表面基团 |
MagBeadsTM 1 μm链酶亲和素磁珠 | MB1003 | 10 mg/mL | 链霉亲和素（SA） |
MagBeadsTM 1 μm链霉亲和素磁珠（高性能） | MB1003a | 10 mg/mL |
MagBeadsTM 1 μm链霉亲和素磁珠（低非特异性） | MB1003b | 10 mg/mL |
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