适配体的发现起源与特点

摘 要:

1990年,科学家发现一类能与蛋白相互作用的单链核酸序列,两者的结合特异性及亲和度极高,将这类核酸序列命名为适配体(Aptamer)。适配体是能特异性识别某种靶物质且具有高度亲和力的核酸序列(DNA或RNA),通常含有15-40个碱基。与抗体等检测元件相比,适配体具有一些显著特点:筛选周期短、高亲和性和高特异性、适用范围广、对检测环境要求低等。

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适配体的起源

1990年,科学家发现了一类能与蛋白相互作用的单链核酸序列,两者的结合特异性及亲和度极高,他们将这类核酸序列命名为适配体(Aptamer)——由拉丁文“aptus”(意为“合适”)及德文“meros”(意为部分、分离)两者结合衍生而来。在此之后,涌现出大量针对不同靶物质的适配体研究,人们通过适配体与其他材料的搭建,发明出各种生物传感器,应用于药物生产、医学检测等领域。

适配体的特点

适配体是能特异性识别某种靶物质且具有高度亲和力的核酸序列(DNA或RNA),通常含有15-40个碱基,其分子量大致为5-25 kD。追根溯源,适配体是在仿生学的基础上发展应用的,如RNA适配体,其实质是对非编码RNA的一种模仿。与抗体等检测元件相比,适配体具有以下4个显著的特点:

(1)筛选周期短

筛选适配体不需要进行动物实验,在体外即可获得目标序列。最常见的适配体筛选技术——指数富集的配基系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)通常在8-15轮的筛选后得到与靶物质结合亲和性和特异性良好的适配体序列,整个周期在1-2个月左右。而最近诞生的Non-SELEX 技术筛选周期更短,与毛细管电泳仪共同使用时可将筛选周期控制在1d左右。

(2)高亲和性和高特异性

适配体是在容量约为1013-1015的核酸文库中进行5-13轮的阳性筛选,最终得到的适配体与靶物质共同孵育时,其解离常数可达nmol甚至pmol水平。由此可见,适配体与靶物质的结合能力极强。同时,适配体也具有高特异性,以食源性致病菌为例,研究者通常会选择菌上某个特异性组分,如标志性蛋白、致病毒素等作为筛选靶物质,从根本上保证了筛选出的适配体具有特异性。当靶物质是全菌时,研究者会在阳性筛选结束后选择3-5种与该菌结构或致病性相似的菌种进行阴性筛选,使筛选出的适配体具有极高的特异性。

(3)适用范围广

由于适配体包含15-40个随机碱基序列,用于筛选适配体的文库容量极大,因此几乎所有的靶物质都能从文库中找到能与其特异性结合的适配体序列。随着研究者的不断探索,适配体已经应用于食品中危害因子检测、医学药物研发、疾病诊断和治疗等众多研究领域。以检测食品中的危害因子为例,适配体在重金属、农药残留、兽药残留以及食源性致病菌等的检测中都有突出作用。

(4)对检测环境要求低

作为核酸类物质,适配体能耐高温、耐酸碱性,并且易于储存。与常规检测方法相比,适配体在使用时对检测环境要求低。再者,适配体具有标记稳定性,可在序列末端标记巯基、生物素等基团,因而广泛用于各类生物传感器的搭建。

参考文献:

解沛燕, 朱龙佼, 许文涛. 适配体在食源性致病菌检测中的应用进展. 生物技术通讯, 2016,32(4):48-62.

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