中國科學院物理研究所
北京凝聚態物理國家研究中心
SM9組供稿
第28期
2020年04月17日
快速識別病毒和細菌的新方法

  病毒感染和AMR相關的細菌感染都可以通過篩查患者樣本中的DNA來檢測。但這種方法是很具有挑戰性的,因為病毒DNA的數量很少,而且檢測環境中不可避免地存在其他的非病毒DNA。所以提高當前測試方法的靈敏度,以及設計出簡單可靠的檢測目標DNA的方案是目前的迫切需求。

模擬細菌DNA的多價檢測。(a)靶標與非靶標DNA結合到涂有靶向大腸桿菌的探針的表面上的特異性。藍色曲線顯示已發布探針的結果,紅色曲線顯示得分最高的多價探針結合。(bc)模擬大腸桿菌(b)和枯草芽孢桿菌(c)與多價探針包被的表面結合的基因組DNA的快照。(b)中的爆破部分顯示,主要在靠近表面的位置具有較強的表面結合相互作用的藍色斑點。資料來源:PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.1918274117.
  通常,標準的方法是設計分子探針,它能與病毒DNA緊密地結合,但不能與非病毒DNA牢固結合。中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心的研究人員與合作者,通過使用計算機模擬展示了如何更好地做到這一點?;镜南敕ㄊ?,與其設計與目標DNA某一特定位置牢固結合的分子探針,不如反直覺地,設計一個能夠對整個目標DNA弱結合的探針,并利用超選擇性的概念來實現探針與目標DNA的選擇性多價態結合。由此作者們提出了一個數值方案來識別最佳的探針序列,并在大規模粗?;哪M中驗證了此方法。模擬結果表示所設計的探針確實可以更有效區分病毒和細菌基因組,甚至可以區分兩種不同的大腸桿菌。

  這項研究為開發健全且經濟高效的傳染病檢測方法開辟了新的可能性。鑒于對快速、可靠的疾病檢測方法的迫切需求,該研究結果有望產生較大的影響并激發開展相關的實驗工作,從而開發出新的保健產品。
  該工作以 "Computational design of probes to detect bacterial genomes by multivalent binding" 為題,發表在《美國國家科學院院刊》上。本文作者是一個由英國、中國和斯洛文尼亞研究人員所組成的跨國研究團隊,由英國愛丁堡的Rosalind J. Allen負責協調,物理所的研究人員做出了重要貢獻: 除了軟物質重點實驗室Tine Curk , James D. Farrell 和 Jure Dobnikar外,定期訪問的研究員Daan Frenkel, Erika Eiser 和Stefano Angioletti-Ubert也參與其中。物理所研究員Jure Dobnikar為該論文的通訊作者。這項研究得到了國家自然科學基金委的支持。

文章鏈接:
T. Curk, C. A. Brackley, J. D. Farrell, Z. Xing, D. Joshi, S. Direito, U. Bren, S. Angioletti-Uberti, J. Dobnikar, E. Eiser, D. Frenkel, R. J. Allen, Computational design of probes to detect bacterial genomes by multivalent binding , Proc. Nat. Ac. Sci. USA 1918274117 (2020).
https://doi.org/10.1073/pnas.1918274117