《Nature Communications》报道周小明课题组球形核酸探针构建新技术

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《Nature Communications》报道周小明课题组球形核酸探针构建新技术

基于核酸修饰的纳米金球形核酸探针（SNA）主要由纳米金（AuNPs）核心和稠密的核酸链组成，通过将核酸的分子识别和可编程性与AuNPs的光学、化学、电学和催化性能相结合，从而赋予其化学物理性质和生物功能，被广泛应用于分子诊断、成像、基因调控和药物输送等领域。

球形核酸制备的最常用方法是盐老化法。该方法通过将盐溶液逐渐添加到巯基或多聚腺嘌呤标记的核酸和AuNPs的混合液中来减少二者之间的电荷排斥作用，但该方法需要大约两天时间才能完成，非常耗时。近年来，研究者们尝试通过低温冷冻，或者添加酸、表面活性剂、聚合物和有机溶剂等开发了一系列新的标记方法，然而这些方法很难在简单快速、低成本、通用性和稳定性上找到平衡。

近日，我院周小明研究团队在前期开发的低温冷冻法基础上（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7506−7513），开发了一种基于微波加热法的球形核酸标记技术。该技术通过微波加热的方法可以使巯基或非巯基修饰的核酸链（DAN/RNA）和纳米金溶液的水分在2~3分钟内迅速蒸干，水分的蒸发提高了其局域浓度，从而实现了核酸链在AuNPs表面的稳定标记。此外，由于加热可以拉伸并舒展核酸链，从而破坏其二级结构，释放核酸链与AuNPs表面进行亲和吸附的位点，因此，该方法可以很好地适用于长链和具有复杂二级结构的核酸链的标记，弥补了传统方法在长链核酸标记方面的不足。

图1. 微波辅助加热法快速合成DNA/RNA-AuNP球形核酸

为了验证其可用性，研究团队利用所开发的标记方法将CRISPR/Cas9系统的向导RNA（sgRNA, 136 bp）和滚环扩增的产物（＞1000 bp）标记在AuNPs表面，成功实现了对基因突变和传染性病毒核酸的检测。同时，该方法还实现了对新冠病毒核衣壳蛋白基因片段（N基因，1278 bp）的成功标记。长链RNA与AuNPs的偶联有望产生新的医学应用，如核酸药物和RNA疫苗、基因编辑工具的转运等。