01
研究背景
环状核酸适体是一段环状单链寡核苷酸，能够折叠形成特定的三维结构与靶标高亲和力、高特异性结合，成本低廉且无免疫原性，并且其独特的环状结构使其具有显著提高的生物稳定性和结构稳定性，在生物分析和生物医学领域具有广阔应用前景。然而，目前环状核酸适体的筛选效率较低，需要经历多轮“结合-分离-扩增”的筛选步骤，且存在非特异性结合和扩增偏倚等经常导致筛选失败的问题。因此，急需开发一种快速且高效的环状核酸适体筛选方法以满足大量生物标志物的环状核酸适体筛选需求。
02
研究进展
围绕上述问题，郑磊教授课题组受趋磁细菌中磁小体链的启发，仿生合成了一种具有高效分离效率的类磁小体磁性链交联氧化石墨烯（MMC-GO）。与分散的磁性纳米颗粒相比，磁性链表现出更高的磁各向异性，这有利于磁矩在一个方向上的共同作用，以增加集体磁性。此外，在外加磁场作用下，磁性链中单个颗粒的链状排列表现出更强的偶极相互作用，因而具备更高的磁分离能力。将磁性链与石墨烯交联后合成的MMC-GO能够快速吸附和分离游离单链寡核苷酸，分离效率（SE）高达105（图1）。
图1 类磁小体磁性链交联氧化石墨烯（MMC-GO）的合成及其表征
基于MMC-GO高效的单链寡核苷酸分离效率，研究团队开发了一种简单、快速的环状核酸适体单轮筛选方法。具体流程见图2，首先利用预富集的环状核酸文库（每一条序列具有50个拷贝数）作为初始文库，以提高候选环状核酸适体出现的概率。将复杂生物基质引入反向筛选以增强目标序列的特异性，同时利用具有高分离效率的MMC-GO将候选文库从复杂生物基质中分离出来。随后加入靶标竞争结合吸附在MMC-GO上的候选环状核酸序列，此过程不仅保留了靶标和核酸适体的自然结合状态，还通过解吸附有效提高了环状核酸适体的亲和力，增强其在实际应用中的可靠性。最后，利用二代测序技术的超高通量，测序分析出优胜环状核酸适体序列。
图2 基于类磁小体磁性链交联氧化石墨烯（MMC-GO）的单轮环状核酸适体筛选示意图
研究团队以复合大分子（脂多糖）、蛋白质（花生过敏原）和小分子（黄曲霉毒素B1）作为模式靶标进行环状核酸适体的筛选。通过此方法筛选得到的环状适体均表现出较高亲和力以及良好的选择性和稳定性（图3）。这些结果表明了基于MMC-GO的单轮筛选方法在不同类型靶标上的普适性和高效性。
图3 脂多糖环状核酸适体（CLPS-2），花生过敏原环状核酸适体（CArah1-1），黄曲霉毒素B1环状核酸适体（CAFB1-1）的亲和力及其选择性，以及CLPS-2及其链状形式在血清，细胞裂解液及室温下的稳定性
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未来展望
这项研究展示了一种简单、快速、通用的环状核酸适体单轮筛选方法，通过此方法能够高效地发现具有优异亲和力、高特异性以及高稳定性的环状核酸适体。未来，可以进一步探究靶向靶标特定位点的筛选方法，结合环状核酸适体的应用环境，筛选出具有特定功能的环状核酸适体。此外，为了进一步提高环状核酸适体的筛选效率，可开发高性能的自动化高通量筛选系统。推动环状核酸适体在在药物研发、疾病诊疗、食品安全分析等领域的应用和发展。
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作者简介
郑磊教授现任合肥工业大学食品与生物工程学院教授，教育部科技委专委会委员，安徽省食品安全委员会专家委员会主任委员，主要从事食品营养与安全以及物质科学与生命科学交叉领域的研究工作，在智能感知和食品安全检测新技术方面取得系列成果，获第二届安徽省创新争先奖章、第八届中国侨界贡献奖一等奖、安徽省自然科学奖一等奖等。
毛瑜博士现任合肥工业大学食品与生物工程学院副研究员、硕士生导师，主要从事功能核酸的体外筛选及其在生物医学与食品安全检测中的应用研究，主持承担国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金等科研项目，在高水平国内外期刊发表学术论文30余篇，授权国家发明专利5项。
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