新型檢測技術利用 DNA 陷阱檢測登革熱

星形基因支架與登革熱病毒的球形表面牢固結合

登革熱病毒的圖示。

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科學家們利用 DNA 片段製成的支架,為登革熱病毒設計了一種陷阱。這種星形結構經過工程設計,可以精確地從血液中識別出病毒並附著在病毒上,從而提供一種強大而簡單的檢測方法來檢測蚊媒傳播的疾病。

登革熱是世界上增長最快的蟲媒疾病,2019 年多次爆發嚴重疫情。在嚴重情況下,它會導致內出血,有時甚至致命。目前尚無廣泛接受的疫苗或針對性治療登革熱的方法,因此準確的早期檢測至關重要。

登革熱病毒的球形表面佈滿了抗原,即病毒用來附著在感染細胞上的特殊蛋白質。由伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的生物化學家王行(音)領導的科學家們,利用 DNA 奈米技術構建了一個靈活的支架,以映象病毒表面半球上蛋白質的排列方式。這種五角“DNA 星”的尖端和頂點與抗原對齊,並攜帶它們吸附的分子。研究人員表示,多個附著點使結合非常牢固和精確:DNA 星只針對具有特定模式的病毒。一旦結合發生,星形結構就會發出熒光,或亮起來,發出病毒存在的訊號。


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馬薩諸塞大學阿默斯特分校核酸化學研究小組負責人遊明旭(音)表示:“這是 DNA 奈米技術如何解決實際生物學問題的一個很好的例子。”他沒有參與這項研究。“與目前[登革熱檢測]技術相比,這種 DNA 探針表現出令人興奮的靈敏度和簡便性。”

圖片來源:塔米·托爾帕;來源:“設計師 DNA 結構為病毒感測和抑制提供精確且多價的空間模式識別”,作者:保羅·S·權等,刊登於《自然化學》雜誌,第 12 卷;2020 年 1 月

目前金標準的登革熱檢測需要精密的實驗室裝置和培訓。“我們的技術非常簡單;我們只需要一到兩分鐘,每次檢測的成本僅為 50 美分,”王說。在他們發表在 1 月份的《自然化學》論文中,研究人員將他們的技術與目前的臨床檢測進行了比較,並論證了其卓越的靈敏度和準確性。研究人員表示,它應該在症狀出現之前就起作用,並且 DNA 奈米結構是無毒的,對人體組織友好。

王補充說,登革熱的表面模式很複雜,因此 DNA 奈米結構必須塑造成複雜的幾何形狀才能匹配。較簡單的病毒需要較簡單的設計。

王目前正與北卡羅來納州 Atom Bioworks 公司的執行長姚雪伍(音)合作,將同樣的原理擴充套件到其他病毒,如寨卡病毒和流感病毒,甚至更廣泛地擴充套件到細菌甚至癌細胞。姚擁有人工智慧背景,他對該方法的模式識別方法很感興趣,他將其比作面部識別技術。姚說,這項技術提供了一個“可程式設計的生物學介面”。“我們的解決方案可能成為一種基本的載體,不僅可以檢測病原體,還可以抑制病原體。”

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