德國美因茨馬普高分子研究所的研究人員,，以構(gòu)成DNA（脫氧核糖核酸）基本結(jié)構(gòu)單位的寡核苷酸適配子為基礎(chǔ)，開發(fā)出了一種可以有效檢測抗生素,、毒品和爆炸物等不同物質(zhì)的方法,。該研究發(fā)表在美國化學(xué)協(xié)會(huì)期刊上。
這種方法的關(guān)鍵是利用原子力顯微鏡,。原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì),。
馬普高分子研究所的研究人員重點(diǎn)研究了構(gòu)成DNA基本結(jié)構(gòu)單位的寡核苷酸適配子,。如果某種物質(zhì)可與寡核苷酸適配子相結(jié)合,，通過研究兩者斷裂開時(shí)的力的變化，不僅可以在物質(zhì)濃度極低的條件下進(jìn)行測量,，同時(shí)也可以精確地研究該物質(zhì),，包括這物質(zhì)是如何與寡核苷酸適配子相結(jié)合，以及兩者之間的結(jié)合力到底有多大等等,。
寡核苷酸適配子是檢測包括遺傳物質(zhì)DNA和RNA（核糖核酸）在內(nèi)的各種化學(xué)物質(zhì)的理想手段,，就像誘餌可以捕捉到魚一樣。組成DNA的四種不同的堿基具有無限可能的序列,，這樣就可獲得多種多樣的結(jié)果,。更為特殊的是，DNA的不同堿基有不同的物理結(jié)構(gòu),。這樣,，寡核苷酸適配子可以形成特定的囊狀結(jié)構(gòu)來適應(yīng)相應(yīng)的分子。包括抗生素,、可卡因,、TNT以及蛋白質(zhì)在內(nèi)的大多數(shù)分子均可以找到相應(yīng)的寡核苷酸適配子囊狀結(jié)構(gòu)。
馬普高分子研究所的研究人員試圖尋找一種可以分裂為兩個(gè)部分的寡核苷酸適配子,，并且目標(biāo)分子可在囊狀結(jié)構(gòu)的兩部分之間形成橋梁,。這樣的寡核苷酸適配子可以篩選出來。
在通用型檢測器的首次試驗(yàn)中,，研究人員將磷酸腺苷（AMP）作為目標(biāo)分子,，而囊狀寡核苷酸適配子可以容納兩個(gè)磷酸腺苷分子。然后,，他們將囊狀寡核苷酸適配子的一部分附著在原子力顯微鏡探針的尖端,，另一部分則置于載物臺上。降低探針的尖端,，使兩部分發(fā)生接觸,，囊狀寡核苷酸適配子內(nèi)的兩個(gè)堿基之間形成氫鍵。提高探針的尖端,，結(jié)合在一起的囊狀寡核苷酸適配子的兩部分能像彈簧一樣發(fā)生伸縮,。此時(shí)，可以測量兩者之間所產(chǎn)生的力,。隨著拉力的不斷加大,，兩者最終會(huì)發(fā)生斷裂。
隨后,，研究人員又進(jìn)行了第二個(gè)實(shí)驗(yàn),。在囊狀寡核苷酸適配子的兩部分發(fā)生斷裂之前，加入二磷酸腺苷分子溶液,。這樣兩個(gè)磷酸腺苷被置于空的囊狀寡核苷酸適配子中,，囊狀寡核苷酸適配子的兩部分再次形成氫鍵,。由于磷酸腺苷分子增強(qiáng)了兩部分的結(jié)合力，因此要想使兩部分發(fā)生斷裂,，必須使用更大的力,，這樣就可通過力的差異測出磷酸腺苷分子。
為了確定斷裂力的大小,，研究人員反復(fù)測量了1000次,，確定AMP寡核苷酸適配子平均約為39皮牛（piconewtons），比沒有AMP分子時(shí)約高12皮牛,。作為對照,，他們使用不同的囊狀適配子，并確定了不同適配子分裂成兩部分所需要的力的大小,。
研究人員表示,，新方法不僅適用于檢測特定的分子，也可研究單個(gè)分子,。比如可以確定當(dāng)適配子不發(fā)生斷裂時(shí)力的大小,，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)分子適配子氫鍵的變化；也可以改變目標(biāo)分子的形成方式,，使之形成兩個(gè)或三個(gè)氫鍵橋,，這對于理解目標(biāo)分子及核酸適配子十分重要。適配子的結(jié)合性質(zhì)具有廣泛的應(yīng)用潛力,，比如DNA片段現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境分析和醫(yī)療診斷,，作為分子工具和基本結(jié)構(gòu)其應(yīng)用范圍還具有廣闊的發(fā)展前景。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (7), pp 2025–2027 DOI: 10.1021/ja1092002
Measuring Single Small Molecule Binding via Rupture Forces of a Split Aptamer
Thi-Huong Nguyen12, Lorenz Jan Steinbock1, Hans-Jrgen Butt1, Mark Helm*2, and Rdiger Berger*1
The rupture force of a split (bipartite) aptamer that forms binding pockets for adenosine monophosphate (AMP) was measured by atomic force spectroscopy. Changes in the rupture force were observed in the presence of AMP, while this effect was absent when mutant aptamers or inosine were used. Thus, changes in the rupture force were a direct consequence of specific binding of AMP to the split aptamer. The split aptamer concept allowed the detection of nonlabeled AMP and enabled us to determine the dissociation constant on a single-molecule level.
