中國農大“功能核酸”青年科學家創新團隊取得系列高水平研究成果
中國農大新聞網訊 2022年，中國農大營養與健康系許文濤教授帶領的“功能核酸”青年科學家創新團隊在《美國化學學會納米》（ACS Nano）、《小》（Small）、《危險材料雜志》（Journal of Hazardous Materials）、《生物傳感器和生物電子學》（Biosensors and Bioelectronics）等領域頂刊陸續發表高水平研究成果。
首先，基于功能核酸的理性設計及高效組裝，在功能核酸納米載體構建及天然活性分子靶向遞送方面取得突破。
在國際權威期刊ACS Nano上，發表題為《適配體功能化的雙藥遞送系統協同治療肥胖》（Aptamer-Functionalized Binary-Drug Delivery System for Synergetic Obesity Therapy）的高水平文章。該研究針對大蒜素在實際應用中存在溶解度差，氣味刺激，靶向性弱，生物利用率低等問題，在不改變大蒜素活性官能團的基礎上，利用適配體的靶向特性及其形成的核酸納米載體的強大裝載能力，通過安全、方便的給藥方式將大蒜素靶向遞送到脂肪組織，增加了大蒜素的溶解度和生物利用率，掩蔽了不良氣味，實現精準調控能量代謝的目的。這種納米載體具有生物安全性高，結構穩定性好、尺寸可調的優勢。本項研究將為食品功能因子靶向調控能量代謝的開發和利用提供重要的技術支撐，對于推動我國大蒜產業可持續發展具有重要現實意義。中國農業大學為該文章的第一單位，中國農業大學營養與健康系許文濤教授為該文章通訊作者，學校2019級博士生陳旭、食品科學與營養工程學院副教授賀曉云及2020級博士生高如心為該文章共同第一作者。
全文參見：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08690
在納米科技領域的權威雜志Small上，以《一鍋法可控自組裝的黃芩苷壓縮核酸適體納米藥物用于靶向協同肥胖治療》（One-pot controllable assembly of a baicalin-condensed aptamer nanodrug for synergistic anti-obesity），報道了一種基于DNA適體藥物自組裝的納米載體，能夠精準遞送藥食同源功能因子黃芩苷至高脂部位，發揮靶向協同肥胖治療作用。與經典的DNA折紙術、框架核酸技術相比，本項工作具有四大優勢：（1）快速制備：與~2 h的DNA折紙工藝、~2 h的框架核酸制備、~20 h的滾環復制/轉錄技術相比，本項DNA納米雙藥的制備僅耗時10 min；（2）操作簡單：與滾環復制/轉錄技術的環狀模板連接、成環、擴增的多步操作相比，本項DNA納米雙藥的操作實現了用戶友好的一鍋法自組裝；（3）成本低廉：與滾環復制/轉錄技術依賴高性能、高價格的進口phi29聚合酶相比，本項DNA納米雙藥可完全使用國產試劑，使單次PCR反應體系的價格控制在1.30元人民幣以下；（4）尺度可控：通過天然產物黃芩苷與DNA的靜電相互作用，可將DNA自組裝結構的粒徑從微米級精準調控至納米級，在一定程度上填補了DNA折紙術與框架核酸在微納尺度領域的空白。中國農業大學為該文章的第一單位，中國農業大學營養與健康系許文濤教授為該文章的通訊作者，學校2018級博士生田晶晶為該文章的第一作者。
全文參見：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202205933
此外，基于功能核酸的高效識別及理性裁剪，在食品安全風險因子及危害物的生物傳感精準檢測方面也取得了系列代表性成果。
在分析檢測領域的權威期刊《危險材料雜志》（Journal of Hazardous Materials）上發表題為《融合二價劈裂變構適配體傳感器用于超靈敏超快速的孔雀石綠檢測》（Fusion of binary split allosteric aptasensor for the ultra-sensitive and super-rapid detection of malachite green）的高水平文章。該研究報道了一種基于功能核酸變構的生物傳感器用于孔雀石綠危害物的靈敏、特異檢測。該傳感器以功能核酸的多能性為研究基礎，以其可編程性及可裁剪性為依據，采用“劈裂和替代”的功能核酸裁剪策略，在保證識別特性的基礎上將原本高成本的孔雀石綠RNA核酸適配體轉化為DNA核酸適配體。隨后，再將適配體與G-四鏈體信號輸出單元進行劈裂及融合，促進了功能核酸變構策略介導的識別與信號輸出的一體化結合。研究提出的傳感策略助力了食品與環境中孔雀石綠殘留物的簡便、快速、低成本和超靈敏檢測，具有可觀的即時檢測應用潛力。中國農業大學為該文章的第一單位，中國農業大學營養與健康系許文濤教授為該文章的通訊作者，學校2019級博士生陳旭和2020級碩士生陳可仁為該文章的共同第一作者。
全文參見：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389421029459
在分析檢測領域的權威期刊《危險材料雜志》（Journal of Hazardous Materials）上發表了題為《基于適配體剪裁和啞鈴形探針設計型的便攜式蠟樣芽孢桿菌雙適配體微流控芯片生物傳感器》（Portable dual-aptamer microfluidic chip biosensor for Bacillus cereus based on aptamer tailoring and dumbbell-shaped probes）的高水平文章。該研究報道了一種基于功能核酸的微流控傳感器，可用于日常生活中常見的食源性致病菌——蠟樣芽孢桿菌的便攜式、現場檢測。研究首次提出了一種針對不同生長時期蠟樣芽孢桿菌適配體的全細胞篩選方法，并結合優化裁剪，得到了親和力強、特異性高的適配體，拓展了蠟樣芽孢桿菌核酸適配體庫的豐富度；同時，聯用計算機分子對接，明晰了蠟樣芽孢桿菌與適配體之間的互作關系；進一步，借助所獲適配體序列，設計了集成捕獲、擴增、識別、切割和發光等綜合功能的啞鈴形探針，構建以RCA擴增實現信號放大的菌體檢測體系，并最終成功搭建具有樣品混合、分離、加熱和紫外激發等功能的微流控光學生物傳感平臺，實現在一次加樣后，1小時內對蠟樣芽孢桿菌的特異性檢測，研究結果可通過手機軟件實時采集，并依靠RGB（顏色信號）進行量化。研究填補了蠟樣芽孢桿菌的功能核酸生物傳感器的空白，為未來食源性致病菌適配體篩選、靶標互作分析、檢測方法及設備的開發提供參考。中國農業大學為該文章的第一單位，中國農業大學營養與健康系許文濤教授為該文章的通訊作者，學校2019級碩士生周子琦和2020級碩士生蘭欣悅為該文章的共同第一作者。
全文參見：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389422023391
在分析檢測領域的權威期刊《生物傳感器和生物電子學》（Biosensors and Bioelectronics）上發表了題為《一種基于夾心的倏逝波熒光生物傳感器用于外泌體的簡單、實時檢測》（A sandwich-based evanescent wave ?uorescent biosensor for simple, real-time exosome detection）的高水平文章。該研究報道了一種基于夾心的倏逝波熒光生物傳感器（S-EWFB），用于簡單、快速、實時的生物標志物外泌體的測定。研究應用了倏逝波的界面性質，提高了檢測的靈敏度，降低了背景的干擾。熒光探針通過疏水相互作用嵌入外泌體的表面實現一對多的信號放大。光纖表面適配體的修飾可以特異性捕獲外泌體，免去了傳統檢測方法繁瑣的分離步驟。適配體修飾的光纖具有優異的表面再生性能，可以對多個樣品進行連續的測定。另外，該生物傳感器可實時監測反應過程中熒光信號的變化，在兩分鐘內實現熒光信號的監測、輸出以及光纖表面的再生。整個儀器小型、便攜，適合POCT檢測。本研究的方法具有潛在的臨床應用價值。中國農業大學為該文章的第一單位，中國農業大學營養與健康系許文濤教授與食品科學與營養工程學院梅曉宏副教授為該文章的共同通訊作者，學校2020級博士生李舒婷為該文章的第一作者。
全文參見：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566321009398
在分析檢測領域的權威期刊《生物傳感器和生物電子學》（Biosensors and Bioelectronics）上發表了題為《催化發夾自組裝調控的變色龍銀納米團簇用于比率檢測環狀RNA》（Catalytic hairpin self-assembly regulated chameleon silver nanoclusters for the ratio metric detection of CircRNA）的高水平文章。該研究針對癌癥的生物標志物CircRNA，提出了一種基于雙催化發夾自組裝(CHA)和DNA模板銀納米簇(DNA-AgNCs)的檢測平臺。研究巧妙地利用發夾DNA的構象轉變，在滿足信號雙重循環放大的情況下，同步實現了銀納米簇熒光信號的轉變。根據靶標濃度的不同，熒光顏色從紅色逐漸變為綠色，對靶標表現出極好的比率式響應。此外，該方法還可以作為分析不同類型circRNA的一般策略，在各種臨床研究中檢測低豐度生物標志物顯示出巨大潛力。中國農業大學為該文章的第一單位，中國農業大學營養與健康系許文濤教授與朱龍佼副教授為該文章的共同通訊作者，學校2022級博士生楊敏為該文章的第一作者。
全文參見：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566322002986
以上工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發項目、國家自然科學基金重大儀器項目、中國農業大學2115人才培育發展支持計劃項目以及河北省重點研發計劃項目等項目的資助。
