中科院苏州医工所开发新型纳米片技术 实现DNA碱基精准识别与甲基化定量分析
2026-06-12 09:07:43化工仪器网阅读量：13947 我要评论
DNA碱基的序列排列承载着遗传信息，而碱基突变或表观遗传修饰异常与肿瘤、遗传病等密切相关。由于四种碱基(腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C、鸟嘌呤G)结构高度相似，在不依赖复杂测序仪的情况下实现快速、精准区分，一直是分子诊断领域的技术难点。
近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究团队在这一方向上取得进展。他们开发出一种基于三苯胺共价有机框架纳米片（TPA CONs）的荧光生物传感器，能够实现对不同碱基的选择性识别，并将其应用于DNA甲基化水平的定量检测。相关成果发表于《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。
研究团队通过分子模拟与实验相结合的方式发现，该纳米片表面带有负电荷，而四种碱基的静电势分布存在差异，导致它们与纳米片的吸附亲和力依次为T > G > A > C，其中静电相互作用贡献了约70%的吸附能，成为选择性识别的核心驱动力。基于这一机制，T碱基富集的DNA序列会与纳米片发生较强结合，并通过光诱导电子转移效应触发显著的荧光淬灭；相反，C碱基富集的序列则能保持较强的荧光信号。利用这种差异，研究团队构建了一种无需复杂化学修饰、无需高端测序仪的单碱基分辨荧光传感平台。
进一步地，团队将该技术应用于DNA甲基化定量检测。在经典的亚硫酸氢盐转化处理中，未甲基化的胞嘧啶(C)会被转化为胸腺嘧啶(T)，而甲基化的胞嘧啶保持不变。因此，通过检测转化后序列的荧光强度变化，即可直接反映原始样本中的甲基化水平。在乳腺癌细胞实验中，该方法对人雌激素受体α(ERα)基因区域甲基化的检出限低至2.4%，能够分辨仅相差两个CpG位点的细微序列差异。
研究团队还与临床机构合作，将该平台拓展至肝癌临床样本的检测，针对EYA2基因甲基化进行分析。结果显示，该方法能够有效区分不同甲基化水平的样本，检测结果与金标准焦磷酸测序高度一致。相较于焦磷酸测序和定量甲基化特异性PCR(qMSP)，该策略无需昂贵试剂或特异性探针设计，操作更为简便。
研究人员表示，这项工作首次利用共价有机框架材料实现了直接、无标记的碱基识别和DNA甲基化定量分析，阐明了纳米片与碱基之间相互作用的分子机制。该技术不仅适用于甲基化检测，还有望拓展至单核苷酸多态性、基因突变、插入缺失等遗传变异分析，为开发低成本、便携式的单分子测序和肿瘤表观遗传诊断芯片提供了新路径。
该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省前沿技术研发计划等项目的资助。
参考资料来源：苏州生物医学工程技术研究所
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