近日，中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院毛相朝教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press細(xì)胞出版社旗下Trends in Biotechnology（《生物技術(shù)趨勢(shì)》）發(fā)表題為“An Immune-inspired Intelligent Aptasensor with Broad Detection Capability”（一種具有廣泛檢測(cè)能力的免疫啟發(fā)式智能適配體傳感器）的研究論文。該研究借鑒生命系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制，提出了一種創(chuàng)新的仿生策略，對(duì)適配體進(jìn)行工程化改造，組裝了由靶標(biāo)結(jié)合觸發(fā)的高催化活性納米酶，構(gòu)建出一種納米酶聯(lián)合適配體的生物傳感器，輔以智能手機(jī)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于海洋食品中多種靶標(biāo)的快速、智能檢測(cè)，從而突破了酶聯(lián)適配體傳感器在食品分析檢測(cè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用受限的瓶頸難題，推動(dòng)了適配體識(shí)別、納米酶催化轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展及其在食品生物傳感分析檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

近年來，生物傳感器（Biosensors）在食品分析檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出不可或缺的價(jià)值。其中，適配體傳感器（Aptasensors）備受關(guān)注，成為近年來的研究熱點(diǎn)。適配體通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化（SELEX）獲得，具有特異性、可編程性等優(yōu)勢(shì)，可與酶催化反應(yīng)聯(lián)合，構(gòu)建酶聯(lián)適配體傳感器，應(yīng)用前景廣闊。然而，相關(guān)研究集中于將適配體與新型材料結(jié)合以開發(fā)高靈敏度生物傳感器，多局限于材料層面的改進(jìn)，使得傳感器性能存在固有局限；同時(shí)，復(fù)雜食品基質(zhì)及實(shí)際檢測(cè)環(huán)境可能影響適配體與靶標(biāo)的結(jié)合及酶催化反應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，嚴(yán)重制約傳感器的實(shí)際應(yīng)用。在如此嚴(yán)苛條件下，設(shè)計(jì)高親和力適配體探針、組裝抗干擾的酶催化材料是實(shí)現(xiàn)可靠分析檢測(cè)的關(guān)鍵。

針對(duì)上述問題，毛相朝教授團(tuán)隊(duì)從生命系統(tǒng)的進(jìn)化智慧中汲取靈感，創(chuàng)新性地提出一種基于免疫啟發(fā)的仿生策略。該策略模仿V(D)J重組機(jī)制，通過單鏈拓?fù)渲貥?gòu)對(duì)適配體進(jìn)行工程化改造（圖1A），使適配體與靶標(biāo)的結(jié)合親和力最高可提升133.3倍。研究進(jìn)一步利用適配體-靶標(biāo)結(jié)合機(jī)制觸發(fā)調(diào)控DNA納米球-Cu(II) 復(fù)合納米酶的自組裝，有效地避免了傳統(tǒng)的酶催化信號(hào)易受復(fù)雜體系干擾的問題，構(gòu)建了基于適配體特異性識(shí)別與納米酶催化信號(hào)放大的傳感器。結(jié)合智能手機(jī)比色分析技術(shù)，該傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦、蟹、貝類等海洋食品中抗生素殘留、生物毒素、重金屬離子等多種微量污染物的高通量篩查，具備高準(zhǔn)確度與pM級(jí)別的超低檢測(cè)限，表現(xiàn)出廣泛的檢測(cè)能力（圖1B）。該研究為適配體的工程化設(shè)計(jì)、適配體與納米酶的聯(lián)動(dòng)機(jī)制建立提供了新思路，也為開發(fā)適用于海洋食品及生物制品質(zhì)量檢測(cè)實(shí)際場(chǎng)景的穩(wěn)健型、仿生生物傳感器開辟了新途徑。

中國海洋大學(xué)為該研究成果的第一完成單位，毛相朝教授與王賽教授為共同通訊作者，碩士研究生李楠為第一作者。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金等項(xiàng)目資助，是團(tuán)隊(duì)在海洋食品生物傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。

圖1.免疫啟發(fā)的高親和力拓?fù)渲貥?gòu)適配體設(shè)計(jì)及智能適配體傳感器構(gòu)建示意圖。(A) 基于結(jié)構(gòu)導(dǎo)向重組機(jī)制的適配體拓?fù)渲貥?gòu)工程化策略。(B) 集成適配體特異性識(shí)別與DNA納米球-Cu(II) 復(fù)合納米酶催化信號(hào)放大機(jī)制的適配體傳感器設(shè)計(jì)。

審核編輯 黃宇