生物纳米孔道单分子多肽磷酸化识别与测量的创新综合实验

生物纳米孔道技术是一种具有革命性意义的单分子电化学分析方法,经过近三十年的发展,已经能够实现单分子DNA测序并广泛应用于多肽、蛋白质等单个生物分子的检测研究。本文探讨了将纳米孔道单分子测量方法引入大学实验教学的必要性与重要性,介绍了生物纳米孔道单分子实验的教学意义、目的、内容及其组织实施方式。本实验采用“科教融合”的教学模式,针对具有一定化学、生物化学基础知识并对科研感兴趣的二、三年级本科生,精心设计并不断优化教学方案,将纳米孔道单分子电化学及相关交叉领域的最新研究成果融入课堂教学,拓展学生的科研视野、激发学生的科研兴趣。此外,通过教师引导,鼓励学生大胆提出问题,自主探索,合作完成实验内容,培养学生的学术思维和综合创新能力。

Aerolysin蛋白纳米孔道直接检测单个DNA碱基修饰

基于Aerolysin生物膜通道蛋白的纳米孔道电化学分析技术,因其高的电化学空间限域能力可实现超灵敏DNA单分子检测。本文利用单个Aerolysin纳米孔道在无需标记、无需扩增的条件下直接分辨3种具有单个碱基差异的单链DNA。实验结果显示,具有单个炔基侧链基团修饰的单个ss DNA在限域空间内与Aerol-ysin纳米孔道的相互作用时间较未修饰的ss DNA增长近7倍,电流阻断程度增大7%,且高斯峰半峰宽减小了44%,增强了Aerolysin纳米孔道对单个DNA分子的分辨能力。研究成果有望推动Aerolysin纳米孔在DNA直接测序及表观遗传修饰检测中的应用。

Aerolysin纳米孔道对寡聚核苷酸的高灵敏单分子检测

自纳米孔道单分子电化学技术提出以来,为了构建性能良好的纳米孔道,研究人员一直在寻找不同的孔道材料.本研究探索了Aerolysin生物纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面的可能性.实验结果表明,与常用的α-溶血素纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面表现出更强的空间和时间分辨能力.三个碱基长度的寡聚核苷酸可对Aerolysin纳米孔道造成约为40%的电流阻断.阻断时间表现出电压相关性,随电压的升高而减小.与其他生物纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道无需任何基因突变、化学修饰即可实现对单个寡聚核苷酸的超灵敏分析.未来,Aerolysin纳米孔道将有可能应用于DNA损伤检测、micro RNA分析以及其他基于纳米孔道的单分子分析检测.

基于Aerolysin纳米孔道对单个c-di-AMP分子的检测研究

环二腺苷酸(c-di-AMP)是原核细胞中普遍存在的第二信使,不仅能够有效调控细胞生长、离子转运、细胞壁代谢平衡等多种生理过程,还能引发I型干扰素应答,激发机体天然免疫反应.本实验使用单个气单胞菌溶素(Aerolysin)纳米孔道蛋白构建的单分子界面,对c-di-AMP进行单分子测量研究.为提高Aerolysin纳米孔对带负电小分子化合物的测量灵敏度,本实验利用LiCl为支持电解质,有效屏蔽Aerolysin孔口表面负电荷,减小c-di-AMP与Aerolysin纳米孔之间的静电排斥,从而显著增强了Aerolysin纳米孔道对单个c-di-AMP分子的检测能力.实验结果显示,在90mV电压下,每分钟在LiCl中获得的有效穿孔事件的数量最高可达同条件KCl支持电解质的30倍,且有效穿孔事件占总体事件的比例在不同电压下提升了7~11倍.进一步表明,使用LiCl支持电解质,可有效增强Aerolysin孔道对带负电小分子化合物的测量灵敏度.因此,本研究实现了Aerolysin纳米孔道对单个环二核苷酸的高灵敏免标记检测,有望为单分子水平上阐明新型免疫干扰机制提供新的分析方法.