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科技快讯:环境学院在核酸快速扩增和检测领域取得重要进展

作者:    信息来源:    发布时间: 2020-10-05

近日,环境学院刘猛教授课题组在核酸快速扩增和检测领域取得重要研究进展,成果以“Engineering Micrometer-sized DNA Tracks for High-Speed DNA Synthesis and Biosensing”为题在线发表在国际期刊Angewandte Chemie(德国应用化学)。

核酸扩增反应广泛用于疾病诊断和病原菌检测等领域以新型冠状病毒检测为例,核酸扩增反应是核酸检测技术的核心,反应时间约占整个检测时间的2/3。常见的恒温核酸扩增反应如滚环扩增,通常以环状DNA为模板,DNA聚合酶可以将结合的目标物DNARNA分子沿着环延伸,在数小时内最高可产生105倍的扩增。然而DNA模板尺寸、序列、拓扑结构等影响,DNA聚合酶的扩增速度一般为400碱基对/每分钟,远远小于其在真核细胞中的扩增速度(2000-3000碱基对/每分钟)。因此,如何提高体外核酸扩增效率对于实现核酸快速检测至关重要。

众所周知,微管是细胞内高速公路的基本组成, 胞内物质运输提供轨道和方向。受此启发,研究人员开发了一种基于微米线性核酸的快速扩增方法,核酸扩增速度可以达到~2200碱基对/每分钟。微米线性核酸的制备简便,主要通过聚合酶聚合反应和外切酶消解反应,最后利用DNA碱基互补配对自组装完成,长度约13.5 ± 3.2 μm,包含两个区域:3'端一个目标DNARNA结合区,5'端约1000个重复序列区。研究发现微米线性核酸可作为常见DNA聚合酶(如Phi29 DNA聚合酶Bst聚合酶)的扩增模板,用于恒温核酸快速扩增反应。30°C时,Phi29 DNA聚合酶可以在20分钟内将长度为22个碱基的目标DNARNA分子延伸到约40,000个碱基,该速度接近真核细胞内DNA复制速度。

在此基础上,研究人员将上述核酸扩增反应所需的试剂制成“生物墨水”,采用全打印技术制备了用于RNA快速检测的荧光型纸芯片,在10分钟内可以检测到pM级别的RNA分子,此外该方法实现了目标RNA中的单碱基错配检测。整个体系具有简单、快速、便携等优势,为实现体外核酸快速检测提供了一种全新的方法。

该项研究成果得到审稿人的高度评价(very important/highly important),大连理工大学为第一署名通讯单位,环境学院2017级研究生王立莹、本科生宋开鋆为文章共同第一作者,大连理工大学环境学院曲媛媛教授、常洋洋博士,山西大学董川教授李忠平副教授等均对论文有贡献,加拿大McMaster大学Yingfu Li教授为共同通讯作者该研究得到国家自然科学基金优秀青年科学基金等资助。


 

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