納米孔在核酸測序和檢測方面已經取得了重大突破，商品化設備已面向各個領域開展廣泛應用，但在蛋白質測序與高效檢測方面仍然面臨巨大挑戰性。其主要原因是由于蛋白質的固有分子特性(例如:凈電荷、極性、分子構象和尺寸)和檢測環境的復雜性(例如：生物體液)，導致納米孔對蛋白質檢測的信號分辨率不理想，經常出現檢測可行性、選擇性和靈敏度差等問題，無法滿足在實際應用中的需求。因此，針對蛋白質分子檢測，尤其是對不同環境下疾病生物標志物的高效檢測，如何設計、選擇合適的檢測方法及分析策略，使其能夠產生更容易識別的蛋白分子信號已然成為納米孔單分子檢測領域急需解決的核心問題。
近日，我院在疾病生物標志物檢測研究中取得進展，研究人員設計了一種基于分子三明治與DNAzyme催化反應協同的納米孔電化學檢測方法。方法中首先通過含有捕獲抗體-抗原-檢測抗體的分子三明治來特異性的捕獲疾病抗原(以HIV p24抗原為例)，然后將DNAzyme (10-23)通過生物素-鏈親和素相互作用與檢測抗體連接，在Mg2+存在下，DNAzyme催化反應被觸發，酶裂解核酸底物并釋放獨特的核酸片段作為納米孔檢測的信號分子。研究證實了該方法在其他疾病抗原存在下的檢測穩定性和敏感性，同時可以滿足對人血清環境中靶抗原分子的高效檢測 (HIV p24檢測限 ~ 1.24 pM)。該方法借助更容易檢測與識別的核酸分子，來替代復雜和難以讀取的蛋白質分子，間接實現對蛋白分子的高效檢測。研究所建立的DNAzyme-納米孔相結合的電化學分析方法是針對蛋白質高效檢測應用的創新設計，并且該方法可以根據不同疾病選擇不同的抗體-抗原免疫反應，具有非常高的特異性和普適性，在疾病診斷和預后評估中具有重要應用潛力。
受英國皇家化學會New horizons in nanoelectrochemistry Faraday Discussion大會組委會邀請，上述研究結果以 “Molecular sandwich-based DNAzyme catalytic reaction towards transducing efficient nanopore electrical detection for antigen proteins”為題發表在期刊Faraday Discussions《法拉第討論》，重慶郵電大學聯合培養碩士研究生王樂冰為論文第一作者，長春理工大學聯合培養博士研究生殷博華、Youwen Zhang（美國羅格斯大學Rutgers University）和王亮（中國科學院重慶研究院）為論文共同通訊作者。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、重慶英才、重慶市自然科學基金、中國科學院“青促會”以及重慶中科德馨生物科技有限公司的支持。注：法拉第討論是獨特的國際討論會議， 100多年來，在300多場會議中法拉第討論引領了化學、物理和生物學之間的科學對話，許多討論已成為各自領域具有里程碑意義的會議，其獨特的形式允許討論并建立新的合作關系。法拉第討論的論文僅通過法拉第討論科學委員會選擇、邀請提交發表。
論文鏈接DOI?? https://doi.org/10.1039/D4FD00146J
圖一：分子三明治和DNAzyme催化反應協同的納米孔疾病抗原高效檢測