上海应物所基于DNA集合适配体的模式识别研究取得新进展

　　发展快速有效的生物分子识别方法对于临床检测、环境监控和和国家安全具有重要意义，而如何获得针对生物标志物的高特异性识别分子则是其中的关键。目前广泛应用的免疫检测的基础是抗体分子，作为蛋白质的抗体，其储存稳定性一直是一个令人困扰的问题。近年来发展起来的核酸适配体(aptamer)则提供了一种全新的选择，可大批量化学合成稳定的识别分子，但目前已发现的核酸适配体种类尚远不能满足生物检测的需求。

　　近期，中科院上海应用物理研究所物理生物实验室樊春海和胡钧研究员创新性地提出了“集合适配体”（Ensemble aptamer/ENSaptamer）的概念，裴昊等科研人员在此基础上发展出一种新型的模式识别生物检测平台，通过生物传感阵列实现了多种生物靶标的特异性识别与检测。相关论文已于近日发表于国际学术杂志《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 13843-13849）。

　　DNA分子包括四种不同的碱基（A，T，C，G），即使一条只含有20个碱基的寡聚核苷酸序列也包含了近数十亿个组合，这也正是基于体外选择系统的核酸适配体筛选的理论基础。同样，尽管任意选择的DNA序列对于给定生物靶标的亲和力很弱，仍有可能通过构建一组DNA序列，利用每条序列对于靶标作用力的差异，在整体上实现对靶标的特异性识别，这也正是模式识别的基本原理。与传统生物分子识别的“锁-钥匙”模式不同，模式识别通过一组非特异性传感单元阵列对靶标分别作用，形成特定的指纹图谱来实现特异性识别，DNA分子的多样性则为构建模式识别的传感阵列提供了几乎是无限的可能性。

　　上海应物所研究人员在之前发展的氧化石墨烯与DNA相互作用平台基础上（Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 453-459），筛选出一系列具有不同长度、序列及二级结构的DNA序列构成一个集合适配体。由于氧化石墨烯是一个平整的二维结构，DNA分子与其的相互作用不仅稳定而且可以很好地预测，非常适合构建模式识别体系。蛋白质分子具有不同的三维结构和表面性质，这种集合适配体能够依据每个识别单元与蛋白质靶标的不同相互作用，像鼻子一样精确地“嗅出”这些分子，可以对不同种类、不同浓度的蛋白质进行有效区分。

　　进一步的研究表明，集合适配体的识别能力可以通过增加合适的DNA序列单元而获得提高，理论上只要构建合适大小的集合适配体序列库，任何一种靶标分子都能被识别区分，因此还被成功地用于不同肿瘤细胞和细菌的识别。

　　这种基于集合适配体的模式识别方式具有巨大的应用潜力，它不仅为生物检测提供了一种全新的理念，而且还有可能拓展到同样基于分子识别的生物成像以及医学治疗等更为广阔的研究领域。

基于DNA集合适配体的模式识别研究取得进展