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【創新前沿】Nature Communications在線發表我校檢測小分子研究的最新進展

  稿件來源: 生工學院  |   作者:譚高翼  |  攝影:譚高翼  |  編輯:亦楓  |  訪問量:17541

    高效生物傳感與檢測作為一種關鍵平臺技術,對反應器發酵過程放大和高通量篩選平臺搭建并最終實現綠色智能制造具有重要的意義。圍繞這一目標,生物反應器工程國重室主任張立新教授團隊利用團隊前期開發的細菌別構轉錄因子(allosteric transcription factors, aTF) 和CRISPR/Cas12a建立了新一代小分子傳感和檢測平臺,簡稱CaT-Smelor (CRISPR/Cas12a- and aTF-mediated small molecule detector,貓嗅)。該技術不僅既能實現復雜發酵培養液的快速靈敏檢測,也可用于臨床疾病標志物和目標代謝產物的精確定量分析。相關研究論文“A CRISPR-Cas12a-derived biosensing platform for the highly sensitive detection of diverse small molecules”于8月14日在Nature Communications期刊發表 。

    CRISPR/Cas12a于2015年首次被Zhang Feng課題組開發成基因編輯工具。因Cas12a相比Cas9更具優勢,自報道后就迅速受到研究者的關注。2018年4月,Science和Cell Research期刊同時報道了CRISPR/Cas12a的反式切割(trans cleavage)活性,即Cas12a的雙鏈DNA切割活性一經激活之后,就可以極高的活性切割任意序列的單鏈DNA。利用這一特性,CRISPR/Cas12a隨后被開發成高靈敏度核酸檢測工具,用于臨床診斷病毒DNA大分子。為了建立一種特異、靈敏、簡便的高通量并且低成本的小分子/代謝物檢測平臺,受上述工作的啟發,團隊通過研發并建成了CaT-Smelor平臺。

    如圖所示,CaT-Smelor利用蛋白質固定化技術,將具有DNA結合活性的aTF固定在微晶纖維素顆粒上。當目標小分子出現時,aTF會因小分子誘導而發生構象改變進而降低其與DNA的結合活性,使DNA從aTF上游離出來。通過序列設計,游離的DNA分子可以激活CRISPR/Cas12a的反式切割活性,導致單鏈熒光探針被切割而產生熒光。最后,通過檢測和分析熒光信號就可以實現目標小分子的檢測。研究發現,CaT-Smelor可在微孔板中實現對微量血液、發酵液等樣品中的目標小分子(例如尿酸、對羥基苯甲酸、四環素)的快速定性和定量檢測,檢測靈敏度均達到納摩爾水平。該方法不僅成本低廉,相對傳統檢測技術也有明顯的優勢。后續在疾病診斷、代謝物檢測以及便攜式檢測設備開發中具有極大的應用潛力。

    安徽大學和華東理工大學聯合培養的碩士生梁敏東,中科院微生物所的李子龍、王為善博士,以及中國科學院深圳先進技術研究院和華東理工大學聯合培養博士后劉家坤為本文的共同第一作者。通訊作者是我校國重室主任張立新教授和國重室固定成員譚高翼副研究員。我校國重室為第一單位和唯一通訊單位。該工作受到了國家自然科學基金委和山東省自然科學基金的支持。

    原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11648-1。

發布日期:2019年09月03日08時42分
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