G-四聚体和G-三聚体DNA在电化学生物传感中的应用

富鸟嘌呤的单链核酸在一定条件下可通过折叠形成特殊的G-四聚体和G-三聚体核酸高级结构。该结构和功能具有丰富的多样性,可作为多功能的信号元件在各类生物传感器的构建中发挥作用。电化学生物传感器因其具有灵敏度高、易于微型化、成本低廉及分析速度快等优点,被广泛应用于各类目标物的分析检测中。近年来,随着现场检测、快速检测成为体外诊断的一大热点,越来越多的研究人员聚焦于开发G-四聚体和G-三聚体在电化学生物传感器中的应用。本文针对G-四聚体和G-三聚体的电化学生物传感器在金属离子、有机小分子、核酸和蛋白大分子及酶活性等的最新分析检测方法的研究进行了综述。

基于超微电极的无标记均相电化学DNA传感器

特定序列核酸的检测在临床病原体检测、癌症早期诊断以及遗传病确诊等方面至关重要。无标记均相电化学传感器在低消耗、低成本、易操作、快速检测和高重复性等方面具有显著的优势。我们基于复合功能核酸分子和超微电极检测装置,构建了无标记均相电化学核酸传感器,用于PIK3CA循环肿瘤DNA(ctDNA)的高特异性检测。将PIK3CA ctDNA互补序列和G-四聚体脱氧核酶偶联,分别作为目标识别元件和信号转换元件,设计了具有茎环结构的单链DNA,其中G-四聚体和ctDNA互补序列通过碱基互补被封闭。当目标DNA即PIK3CA与其互补序列特异性结合后会导致DNA构象变化,释放G-四聚体并发挥过氧化物酶的活性,催化H2O2和对苯二酚(HQ)反应,产生对苯醌(BQ)和水。使用碳纤维超微电极微型电化学装置对微升体积样本中HQ和BQ的氧化还原电流信号进行检测。结果表明:氧化还原电流信号随目标DNA分子浓度变化而变化,检测限达20 nM,可有效区分完全互补序列和单碱基错配序列DNA。此外,在血清掺杂样本中该传感器表现出类似的检测效果。本研究设计的电化学生物传感器实现了微升体积内ctDNA的高性能检测,为特定病原体或肿瘤基因的靶向DNA序列检测提供了一种新思路,在医学诊断和便携式检测中具有广阔的应用前景。

G-三聚体:发现、表征和分析应用

G-三聚体是近年来被确认的一种新型核酸结构,由富含鸟嘌呤(G)的核酸单链通过Hoogsteen氢键稳定的G-三分体平面堆叠形成。在G-四聚体结构折叠途径的研究中,G-三聚体作为中间体被假设存在,随后通过计算机模拟技术被观察到,其存在性通过实验而得到验证。G-三聚体一经发现就引起了人们极大的兴趣。研究人员通过多种生物物理技术对G-三聚体结构和功能开展深入研究,不仅拓展了人们对于核酸生物学功能的理解和认识,还打开了G-三聚体在生化领域应用的新大门。本文主要介绍G-三聚体的发现过程,其结构与性质的表征,并综述其在生化分析中的应用研究进展。

孔雀石绿和结晶紫在荧光检测中的比较

为优选出三苯甲烷染料中的一种染料与G-四聚体结合开发为荧光定量报告体系,对孔雀石绿(Malachitegreen,MG)和结晶紫(Crystal violet,CV)与G-四聚体结合后的灵敏度和重现性进行了比较研究.首先,比较了4种不同DNA(hum21,short-hum21,double-strands,single-strand)分别与孔雀石绿和结晶紫结合后的荧光光谱,结果显示,两种染料均可区分以上4种DNA,但孔雀石绿的灵敏度更高.然后,将孔雀石绿和结晶紫应用到实时荧光检测中,进一步比较验证两种染料灵敏度,并考察两种染料的重现性,结果显示,孔雀石绿的重现性和灵敏度均优于结晶紫.由此,建立了孔雀石绿与G-四聚体结合的荧光定量报告体系.

荧光核酸适配体功能化氧化石墨烯生物传感器用于快速检测氯霉素

开发了一种无标记和快速的检测方法基于氧化石墨烯(GO)和荧光功能性G-四聚体探针(FGP),可用于定量检测氯霉素(CAP).FGP由氯霉素核酸适配体和富含G碱基的核酸序列组成.核酸适配体用于结合CAP,并且由富含G碱基的核酸序列在K+,Na+离子的作用下形成的G-四聚体,然后与硫磺素T(ThT)结合后用作信号分子.在没有CAP的情况下,FGP通过π-π堆积相互作用被吸附到GO的表面上,阻碍了G-四聚体的形成导致溶液中的荧光强度低.在加入CAP时,FGP的核酸适配体部分可识别并结合CAP以形成复合物,导致其从GO解吸.因此,游离的富含G的碱基序列可以形成G-四聚体结构并与ThT结合,导致溶液的荧光强度增加.我们观察到荧光强度增加与CAP浓度在2~20 nmol/L范围内呈线性关系,检测限为1.45 nmol/L.此外,该检测系统用于检测加标牛奶中的CAP,回收率在93.2%~103.3%之间.这些结果表明,开发的方法可用于有效检测实际样品中的CAP.

无标记均相电化学传感器快速测定水体中亚硝酸根

构建一种无需固载生物分子及纳米材料合成的新型均相电化学传感器,并可用于水体中NO2-的快速检测。富G碱基序列在单链状态下可以形成G-四聚体结构,并能与氯化血红素(Hemin)结合形成G-四聚体-Hemin结构而表现出过氧化酶的催化活性。在中性介质中以玻碳电极为工作电极,利用G-四聚体-Hemin对NO2-的电催化还原作用,实现对NO2-含量的快速检测。在优化的实验条件下,示差脉冲伏安信号结果显示,电信号响应随着目标NO2-浓度的增大而增加,NO2-浓度在1. 2×10-5~1. 2×10-3mol/L范围呈现良好的线性关系,检出限为11. 4μmol/L。将其应用于实际水体中NO2-的检测,加标回收率在92. 5%~108. 4%之间,相对标准偏差为2. 3%~4. 2%。