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生物納米孔單分子分析技術(shù)因其低成本、快速和無(wú)需熒光標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)被視為最具前景的DNA測(cè)序技術(shù)之一。龍億濤科研團(tuán)隊(duì)在生物納米孔電化學(xué)超靈敏單核苷酸分辨領(lǐng)域取得獨(dú)創(chuàng)性突破，該研究成果以華東理工大學(xué)做為獨(dú)立研究單位，于4月25日在《Nature Nanotechnology》(自然-納米技術(shù))發(fā)表了題為“Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore”的研究論文。文章鏈接： http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.66.html。

生物納米孔單分子分析技術(shù)的原理是通過(guò)電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)單鏈DNA穿過(guò)納米尺寸的孔道，由于不同的堿基（A,T,C,G）通過(guò)納米孔道時(shí)產(chǎn)生了不同阻斷程度和阻斷時(shí)間的電流信號(hào)，由此可根據(jù)電流信號(hào)讀出每條DNA序列上的堿基信息。但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，單鏈DNA穿過(guò)納米孔的速度極快（約1微秒/堿基），且電流阻斷信號(hào)極?。▇皮安級(jí)），阻礙了納米孔DNA測(cè)序技術(shù)發(fā)展。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目資助下，課題組首次使用野生型且無(wú)任何修飾的Aerolysin（氣單胞菌溶素）生物孔，將單鏈DNA的過(guò)孔速度降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)（2.0毫秒/堿基），從而極大地提高了電流檢測(cè)的靈敏度。利用所研制的超低電流檢測(cè)裝置，達(dá)到了對(duì)僅有單個(gè)核苷酸差異DNA分子的超靈敏識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)了混合復(fù)雜體系的超靈敏檢測(cè)和核酸外切酶“步步降解”單鏈DNA過(guò)程的實(shí)時(shí)觀測(cè)。此外，該研究還通過(guò)改變檢測(cè)體系的酸堿度，調(diào)節(jié)了Aerolysin孔道內(nèi)腔的電荷分布，同時(shí)結(jié)合單鏈DNA在孔內(nèi)有效電荷數(shù)的計(jì)算，獲得了納米孔表/界面上電荷的分布信息，促進(jìn)了對(duì)DNA與Aerolysin孔道內(nèi)腔表面氨基酸殘基相互作用的深入理解。
這一獨(dú)創(chuàng)性研究成果不僅進(jìn)一步降低納米孔單堿基分辨的成本，同時(shí)也將大大提高納米孔DNA測(cè)序的精確度。未來(lái)，結(jié)合高帶寬低噪音的電流檢測(cè)儀器，Aerolysin納米孔有望實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)DNA單堿基直接分辨以及對(duì)DNA損傷的檢測(cè)，這將大大推動(dòng)DNA測(cè)序技術(shù)以及個(gè)性化醫(yī)療的發(fā)展。
論文的第一作者是博士生曹嬋，通訊作者為龍億濤教授。該研究工作得到田禾院士大力支持和細(xì)心指導(dǎo)，受到國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體（21421004）、重大科研儀器研制項(xiàng)目（21327807）、“973”研究計(jì)劃、和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃的資助。