近期，生物傳感器領域權威學術期刊《生物傳感器和生物電子學》(Biosensors & Bioelectronics) 在線發表了万博英超狼队网官方网 、遺傳工程國家重點實驗室黃強教授課題組關於核酸適配體分子設計的研究論文：De novo design of DNA aptamers that target okadaic acid (OA) by docking-then-assembling of single nucleotides。該論文開發了一種核酸適配體從頭設計新方法—單核苷酸對接後組裝(Docking-then-assembling of single nucleotides)方法，並用該方法設計了靶向海洋生物毒素岡田酸(Okadaic acid, OA)的高親和性和高特異性的DNA適配體，在核酸適配體設計方麵取得了重要結果。
生物傳感器具有靈敏度高、特異性強、操作簡單等特點，廣泛用於生物分子檢測，在食品安全等方麵有重要意義。作為生物傳感器的識別元件，核酸適配體在合成速度、成本等方麵具有明顯優勢。然而，目前用於核酸適配體篩選的SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment，指數富集配體係統進化) 技術隨機性大，需要合成和測序大量候選適配體，耗時耗力。因此，開發針對特定靶標分子的適配體精準設計方法將有助於大大降低獲取高親和性核酸適配體的成本。
在研究中，黃強教授課題組運用計算結構生物學技術並借鑒藥物分子片段設計的理念，創新性地提出了“單核苷酸對接後組裝”的核酸適配體從頭設計方法，成功地設計了岡田酸的高親和性和高特異性核酸適配體。單核苷酸對接後組裝方法主要包括三個步驟：首先，采用單核苷酸分子對接識別靶分子上的高親和性結合位點；接著，把結合位點上對接所得的核苷酸組裝為短片段，作為核酸適配體的結合單元；最後，以熱穩定性好的二級結構(如迷你DNA發夾結構)為適配體的穩定單元，與結合單元共同組裝成全長適配體。經微量熱泳動實驗驗證，研究所設計的5條親和性適配體的平衡解離常數 (Kd) 值在100-600 nM之間，且親和性最高的適配體對岡田酸結合具有特異性，與以往用SELEX方法大規模實驗篩選所得的適配體相當，但所需成本大大降低，充分體現了新方法的優勢。因此，本項研究不僅為岡田酸檢測用適配體傳感器的開發提供了新的親和性識別分子；而且，單核苷酸對接後組裝方法是一種通用設計技術，可用於快速地精準設計特定靶標分子的高親和性核酸適配體。
圖1. 用單核苷酸對接後組裝方法設計的岡田酸核酸適配體
万博体育分 博士研究生宋夢華同學為論文的第一作者，黃強教授為通訊作者，李園園同學、高瑞華博士和劉建平副教授參與了研究工作。論文研究獲得了國家科技重大專項等項目的支持。課題組依托重點實驗室的高性能集群計算機，及使用課題組建立的生物分子建模與設計平台完成了相關研究工作。
論文鏈接為：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566322006029