基于DNAzyme的多种金属离子同时分离分析新方法研究

Metal ions play beneficial or deleterious roles in biological and environmental system, so it is very significant to determine the metal ions with high sensitivity and high specificity. In recent years, sensing metal ions based on DNAzyme (or Deoxyriboenzyme) has attracted more attention. DNAzyme is a single-stranded catalytic DNA isolated through in vitro selection, which shows the structure-specific recognition capability and catalytic activity. Most DNAzymes require metal ions for their activities, and even show metal specificity. Therefore, DNAzyme can be used for metal ions sensing. Here, we use metal ions-dependent DNAzymes as the sensitive biological element to develop a high sensitive and specific method for detection of metal ions, which use highly efficient and sensitive capillary electrophoresis-laser induced fluorescence polarization (CE-LIFP) as the means of detection. The single fluorophore labeled DNA substrate and its catalytic product is well separated under the sieving medium, which can be detected by CE-LTFP. Furthermore, we anticipate it can be extended to simultaneously detect multiple metal ions and be applied in real samples.

金属离子在生物体和环境中扮演着重要角色，因此对金属离子进行高灵敏和特异性检测具有重要意义。近年来，基于脱氧核酶（DNAzyme或Deoxyribozyme）的金属离子传感分析受到人们关注。 DNAzyme是通过体外筛选获得的一种具有催化功能的单链DNA片段，具有高效的结构识别能力和催化活性。大多数DNAzyme具有金属离子依赖性，只有在特定金属离子存在时才表现出催化活性,因此DNAzyme可被用来特异性检测金属离子。本项目拟以金属离子作为辅助因子的DNAzyme作为生物敏感元件，利用筛分介质介导毛细管电泳对单荧光标记的DNA底物和产物进行有效分离，通过灵敏的毛细管电泳-激光诱导荧光偏振技术进行检测，建立特异性好和灵敏度高的金属离子分离分析新方法。在此基础上，进一步探索多种金属离子同时分离分析新方法，并希望将该方法能够应用于实际样品检测中。

金属离子在生物体和环境中扮演着重要角色，因此对金属离子进行高灵敏和特异性检测具有重要意义。近年来，基于脱氧核酶（DNAzyme或Deoxyribozyme）的金属离子传感分析受到人们关注。 DNAzyme是通过体外筛选获得的一种具有催化功能的单链DNA片段，具有高效的结构识别能力和催化活性。大多数DNAzyme具有金属离子依赖性，只有在特定金属离子存在时才表现出催化活性,因此DNAzyme可被用来特异性检测金属离子。基于DNAzyme的特性并围绕研究目标开展以下主要研究工作：（1）选取Pb2+-依赖RNA核苷切割型DNAzyme GR-5为模型，由于切割后产物链的长度与荧光标记的底物链长度相比变短，利用本实验室先前建立的金属离子介导毛细管电泳方法可将产物、底物及底物与DNAzyme形成的复合物分离，建立一种基于DNAzyme金属离子介导毛细管电泳-激光诱导荧光检测Pb2+的分析方法；（2）存在Pb2+时GR-5 DNAzyme能有效切割其含RNA核苷切割位点的底物链，切割后荧光标记的产物与荧光标记的底物及复合物相比，分子量发生了明显的降低，结合荧光偏振的原理，并利用荧光基团与DNA中鸟嘌呤G间的光诱导电子转移作用对荧光偏振的影响，发展了一种非纳米粒子、鸟嘌呤增强荧光偏振信号放大检测RNA核苷-切割型DNAzyme活性的分析方法；（3）一种富含G的核酸适配体与小分子Pb2+具有强亲和作用，当Pb2+诱导其形成G-四链体时，标记的荧光基团TMR与周围的G之间的光诱导电子转移作用减弱/消除，引起荧光寿命增大导致荧光偏振响应降低，因此发展了一种基于可诱导的G-四链体核酸适配体降低型荧光偏振响应灵敏检测Pb2+的分析方法。已发表学术论文3篇，按计划完成，达到预期目标。