自然界裡對稱現象起着重要的作用，在人類和動物世界裡到處可以看到對稱現象，兩條胳膊、兩條腿、兩個鼻孔、兩個肺葉、一張漂亮對稱的臉。然而抛開人體的外觀，很多有機分子都是手性的，就像我們的左右手一樣，但自然界的生命傾向于使用一種版本，例如左旋的氨基酸和右旋的DNA鍊。理論上說，鏡像版的分子也能發揮相同的生物學功能，但傳統的病毒和酶卻可能無法對鏡像版的分子發動攻擊。核酸适配體（aptamer）是一類能特異性結合靶标分子的單鍊DNA或RNA分子。傳統核酸适配體為天然DNA或RNA，極易被天然核酸酶降解。因此開發篩選鏡像DNA适配體（L型DNA适配體）将有助于适配體不被天然核酸酶所識别和降解，從而保證疾病診斷中适配體的穩定性。

2022年6月6日，清華大學的朱聽團隊在Nature Biotechnology上發表了文章“Directed evolution and selection of biostable L-DNA aptamers with a mirror-image DNA polymerase”，首次建立了鏡像結構DNA适配體的定向進化和篩選方案。本文研究者從包含約1014條随機鏡像DNA序列的文庫中篩選出特異性結合人的凝血酶（human thrombin）的鏡像DNA适配體，并開發了基于該适配體的凝血酶傳感器、蛋白免疫印迹（Western blot）技術及具有抗凝血作用的凝血酶抑制劑，拓展了鏡像生物學系統在疾病診療領域的應用。

實現鏡像篩選的關鍵步驟之一是鏡像PCR擴增。朱聽團隊使用該課題組之前報道的鏡像DNA聚合酶PCR擴增包含約1014條随機鏡像DNA序列的文庫，并将其與凝血酶結合，經過多輪結合、洗脫與鏡像PCR擴增，得到了特異性結合凝血酶的鏡像DNA（圖1）。實現鏡像篩選的另一個關鍵步驟是鑒定鏡像DNA适配體的序列。作者利用變性梯度凝膠電泳（DGGE）對篩選出的鏡像DNA進行分離純化，并優化了該課題組之前報道的鏡像DNA測序技術，鑒定出數個對凝血酶具有高親和力的鏡像DNA适配體序列（圖1）。

圖1：“鏡像篩選（mirror-image selection）”方法示意圖

在此基礎上，研究者将鏡像DNA适配體設計為傳感器用于檢測人血清中凝血酶的濃度。得益于鏡像DNA優異的生物穩定性，鏡像DNA适配體傳感器在人血清中可長時間穩定存在并準确檢測人血清中凝血酶的濃度；而在相同條件下，與之對應的天然DNA适配體傳感器很快就被人血清中的核酸酶降解，無法準确檢測人血清中凝血酶的濃度（圖2）。研究者還用熒光标記的鏡像DNA适配體替代傳統抗體實現了對凝血酶的蛋白免疫印迹檢測（圖2）。

圖2：基于鏡像DNA适配體的凝血酶傳感器及蛋白免疫印迹（Western blot）技術

綜上，該研究開發了一種鏡像核酸的定向進化與鏡像DNA适配體的直接篩選方法，為其在疾病診療領域的應用提供了新的技術平台。

（曾哲 摘譯）

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