关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶(DSN酶)是一种能高效识别并酶切完全互补配对的DNA双链或者DNA/RNA杂交双链中的DNA链,而对单链DNA和单/双链RNA几乎没有作用的核酸酶,所以DSN酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法及电化学法等。实现了miRNAs、mRNA及重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在RNA等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式3个方面介绍了DSN酶,并对近年来基于DSN酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前DSN酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对DSN酶更深层次的使用。最后,对DSN酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用DSN酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

S1核酸酶介导的功能核酸生物传感器研究进展

S1核酸酶是一种高度单链特异的核酸内切酶,在最适的酶催化反应条件下,降解单链DNA或RNA,产生带5'-磷酸的单核苷酸或寡核苷酸。对双链DNA、双链RNA和DNA-RNA杂交体相对不敏感。目前,基于S1核酸酶内切酶的活性,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经构建了一系列的生物传感器,实现了对金属离子、单链核苷酸、氨基酸等物质的检测,还能应用于核酸反应体系的纯化,多元化基因文库的构建等方面。首先从结构、性质方面介绍了S1核酸酶,并对近年来基于S1核酸酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述;然后主要根据所检测的靶物质不同,对S1核酸酶介导的各种传感器进行了分类介绍;最后分析了目前S1核酸酶的研究现状,并且对未来S1核酸酶介导的生物传感器的发展方向进行了展望。     

末端脱氧核酸转移酶介导的功能核酸生物传感器研究进展

末端脱氧核酸转移酶(TdT酶)是一种DNA聚合酶,可以催化脱氧核苷酸结合到DNA分子的3'羟基端,并且该反应无需特定的模板。目前,基于末端脱氧核酸转移酶可对模板核酸链的末端进行延伸这一特性,搭载不同的信号输出及扩增方式,构建了一系列的生物传感技术,如电化学生物传感器、荧光生物传感器、表面离子共振生物传感器等。对各类传感器的基本设计原理和应用进行了阐述。根据TdT酶的性质设计的一系列生物传感器具有简单、快速、廉价、灵敏度高、特异性好等优点,实现了对金属离子、病原体、蛋白质等的检测。最后对TdT酶介导的生物传感器目前的研究现状进行了总结并且对TdT酶未来的发展方向进行了展望。     

基于CRISPR/Cas系统的生物传感策略研究进展

CRISPR/Cas9系统是继锌指核酸内切酶、类转录激活因子效应物核酸酶之后的第三代基因组定点编辑工具,因其具有特异性切割双链DNA的能力,被广泛应用于基因编辑、生物传感等领域。Cas12a(Cpf1)、Cas13a(C2c2)等蛋白"附属切割"活性的发现,拓展了CRISPR/Cas系统在生物传感中的应用。近年来,研究人员开发出一系列快速、超敏、高特异性的生物传感系统用于分子检测,如SHERLOCK,DETECTR等。本文主要综述了基于CRISPR/Cas系统的生物传感策略的研究进展,并展望了其未来发展的方向。     

APE1介导的功能核酸生物传感器研究进展

脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1(Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1,APE1)是一种广泛存在于生物体内、在碱基切除修复(Base excision repair,BER)过程中能够在碱基缺失位点(AP site)处识别并切割DNA的蛋白酶,其作用效率高且特异性强。同时,APE1在一些癌症细胞中的活性较正常细胞明显偏高,因此其自身也是一种癌症生物标志物。目前,通过在DNA上人工设计AP位点,利用APE1的切割能力生成理想的功能核酸链,并结合不同的信号输出及放大方式,研究者已经建立了一些APE1介导的电化学、荧光功能核酸生物传感技术,实现了对DNA糖基化酶等的酶活性的检测。另外,也有一些针对APE1自身活性的功能核酸生物传感技术被建立起来。综述了近年来APE1介导的功能核酸生物传感技术以及以APE1为靶物质的功能核酸和免疫生物传感技术的研究状况,讨论了与APE1相关的生物传感技术的意义及存在的问题,并对未来利用APE1实现更多靶物质的检测的发展趋势进行了展望,以期促进APE1成为一种功能核酸生物传感技术中常用的酶工具。     

APE1介导的功能核酸生物传感器研究进展

脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1(Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1,APE1)是一种广泛存在于生物体内、在碱基切除修复(Base excision repair,BER)过程中能够在碱基缺失位点(AP site)处识别并切割DNA的蛋白酶,其作用效率高且特异性强。同时,APE1在一些癌症细胞中的活性较正常细胞明显偏高,因此其自身也是一种癌症生物标志物。目前,通过在DNA上人工设计AP位点,利用APE1的切割能力生成理想的功能核酸链,并结合不同的信号输出及放大方式,研究者已经建立了一些APE1介导的电化学、荧光功能核酸生物传感技术,实现了对DNA糖基化酶等的酶活性的检测。另外,也有一些针对APE1自身活性的功能核酸生物传感技术被建立起来。综述了近年来APE1介导的功能核酸生物传感技术以及以APE1为靶物质的功能核酸和免疫生物传感技术的研究状况,讨论了与APE1相关的生物传感技术的意义及存在的问题,并对未来利用APE1实现更多靶物质的检测的发展趋势进行了展望,以期促进APE1成为一种功能核酸生物传感技术中常用的酶工具。     

APE1介导的功能核酸生物传感器研究进展

脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1(Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1,APE1)是一种广泛存在于生物体内、在碱基切除修复(Base excision repair,BER)过程中能够在碱基缺失位点(AP site)处识别并切割DNA的蛋白酶,其作用效率高且特异性强。同时,APE1在一些癌症细胞中的活性较正常细胞明显偏高,因此其自身也是一种癌症生物标志物。目前,通过在DNA上人工设计AP位点,利用APE1的切割能力生成理想的功能核酸链,并结合不同的信号输出及放大方式,研究者已经建立了一些APE1介导的电化学、荧光功能核酸生物传感技术,实现了对DNA糖基化酶等的酶活性的检测。另外,也有一些针对APE1自身活性的功能核酸生物传感技术被建立起来。综述了近年来APE1介导的功能核酸生物传感技术以及以APE1为靶物质的功能核酸和免疫生物传感技术的研究状况,讨论了与APE1相关的生物传感技术的意义及存在的问题,并对未来利用APE1实现更多靶物质的检测的发展趋势进行了展望,以期促进APE1成为一种功能核酸生物传感技术中常用的酶工具。     

APE1介导的功能核酸生物传感器研究进展

脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1(Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1,APE1)是一种广泛存在于生物体内、在碱基切除修复(Base excision repair,BER)过程中能够在碱基缺失位点(AP site)处识别并切割DNA的蛋白酶,其作用效率高且特异性强。同时,APE1在一些癌症细胞中的活性较正常细胞明显偏高,因此其自身也是一种癌症生物标志物。目前,通过在DNA上人工设计AP位点,利用APE1的切割能力生成理想的功能核酸链,并结合不同的信号输出及放大方式,研究者已经建立了一些APE1介导的电化学、荧光功能核酸生物传感技术,实现了对DNA糖基化酶等的酶活性的检测。另外,也有一些针对APE1自身活性的功能核酸生物传感技术被建立起来。综述了近年来APE1介导的功能核酸生物传感技术以及以APE1为靶物质的功能核酸和免疫生物传感技术的研究状况,讨论了与APE1相关的生物传感技术的意义及存在的问题,并对未来利用APE1实现更多靶物质的检测的发展趋势进行了展望,以期促进APE1成为一种功能核酸生物传感技术中常用的酶工具。     

FEN1酶介导的功能核酸生物传感器的研究进展

瓣状核酸内切酶-1(Flap endonuclease 1,FEN1)是一种可以识别三碱基重叠结构(三核酸)并对其进行切割,释放出5’-flap片段的结构特异性酶,并且有着高效稳定的切割效率。基于此种特性,通过不同的信号输出方式,FEN1酶现被用于DNA、RNA、病毒等放大检测中。首先对FEN1酶的发现、性质以及作用方面做了相应介绍,然后根据所检测的靶物质不同,对FEN1酶所介导的生物传感器进行分类,主要包括对单核苷酸多态性的检测、甲基化检测、基因型检测、RNA检测、病毒检测、肿瘤检测和微生物检测等。此外,对FEN1酶与纳米材料的结合以及体内表征及治疗也进行了较为详细的介绍。同时,还对传感器之间的原理、灵敏度、特异性及适用领域等方面进行比较和优缺点的简单评价。最后,对FEN1酶所介导的生物传感器的中存在的不足,以及未来的发展方向进行了展望,旨在为今后研发更便携、更灵敏、更准确的FEN1功能核酸生物传感器提供理论参考。     

核酸切割酶在病原微生物检测中的研究进展

DNA是遗传信息的重要载体,其空间构象折叠性质使其具有很多的功能。利用核酸切割酶(cleaving DNAzyme)识别特定单链DNA分子并能够切割其中某条单链的性质来构建传感器,将特异性识别过程转化为凝胶电泳表征、释放荧光、比色现象的信号输出,同时能很好的和扩增反应结合来实现信号放大。核酸切割酶通过体外筛选技术获得,可以与靶物质(小分子、蛋白质,甚至整个细胞)特异性结合。由于具有制备简单,易于修饰和良好稳定性等优点,核酸切割酶被用于构建生物传感器以检测病原微生物,已应用到现场检测甚至医疗中的体内检测,结合已经成熟的检测设备血糖仪、横流层析试纸条带进行微生物检测,并广泛地应用到生物传感、食品安全、医疗在内的重要领域中。综述了近年来核酸切割酶在微生物检测中的应用,讨论了核酸切割酶在微生物检测中的切割机理和产物、靶标以及表征手段,探索核酸切割酶在微生物实际检测中的意义。对该技术的发展前景及其面临的问题进行展望,以期核酸切割酶在微生物检测领域能够更好的发展。     

10-23脱氧核酶介导的生物传感器研究进展

近20年间,DNA介导的生物传感器得到了快速的发展,DNA能够作为遗传信息重要载体的同时,其折叠成的空间构象也具有很多的功能。功能核酸的概念逐渐引入到了包括生物传感、生物成像、医疗在内的重要领域中。10-23脱氧核酶作为功能核酸的一种,是通过体外筛选技术得到的,Mg²⁺存在的条件下能够特异性识别并切割RNA,切割位点为RNA中的嘧啶与嘌呤间的磷酸二酯键。由于其独特的识别以及切割能力,10-23脱氧核酶介导的相关疾病治疗得到了广泛的应用,同时人们逐渐开始关注10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建。对于10-23脱氧核酶的结构、性质、作用方式及改进修饰进行了介绍,并对10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建及应用进行了综述,旨为人们在未来使用10-23脱氧核酶搭建新型快捷生物传感器奠定理论基础。     

10-23脱氧核酶介导的生物传感器研究进展

近20年间,DNA介导的生物传感器得到了快速的发展,DNA能够作为遗传信息重要载体的同时,其折叠成的空间构象也具有很多的功能。功能核酸的概念逐渐引入到了包括生物传感、生物成像、医疗在内的重要领域中。10-23脱氧核酶作为功能核酸的一种,是通过体外筛选技术得到的,Mg2+存在的条件下能够特异性识别并切割RNA,切割位点为RNA中的嘧啶与嘌呤间的磷酸二酯键。由于其独特的识别以及切割能力,10-23脱氧核酶介导的相关疾病治疗得到了广泛的应用,同时人们逐渐开始关注10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建。本文对于10-23脱氧核酶的结构、性质、作用方式以及改进修饰进行了介绍,并对10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建以及应用进行了综述,为人们在未来使用10-23脱氧核酶搭建新型快捷生物传感器奠定理论基础。     

外切酶Ⅲ介导的功能核酸生物传感器研究进展

外切酶Ⅲ(Exonuclease Ⅲ,Exo Ⅲ)是一种可以特异性识别并催化dsDNA从3'-羟基端逐步水解并释放出单核苷酸的核酸酶,而对ssDNA的水解作用十分有限。基于Exo Ⅲ的外切酶活性,搭载不同的信号输出方式,该酶已被成功运用到DNA、小分子和金属离子等靶物质的放大检测中。本文主要根据所检测的靶物质不同,对Exo Ⅲ介导的生物传感器进行了分类综述,阐述了各传感器的基本设计原理和灵敏度等方面内容。此外,对Exo Ⅲ与其他信号放大策略或纳米材料相结合的最新研究进展也做了较为详细的介绍。最后,对Exo Ⅲ介导的生物传感器的优缺点和发展前景进行了总结和展望,有助于Exo Ⅲ介导的生物传感器在环境监管、生物分析或临床诊断领域的深层次应用和继续研发。     

气体生物传感器的应用研究进展

气体生物传感器是基于生物识别、生物转化及气体信号输出的传感器。近年来,由于气体生物传感器具有操作简单、灵敏度高、特异性好等特点,被应用于生物标志物、细胞、蛋白等靶物质的检测中。介绍了气体生物传感器的性质和分类,并分别阐述了蛋白酶介导的气体生物传感器、核酸酶介导的气体生物传感器、模拟酶介导的气体生物传感器和其他气体生物传感器的原理和应用,展望了气体生物传感器的检测手段和应用前景,为气体生物传感器的研究提供了参考。     

基于三螺旋核酸的生物传感器的研究进展

三螺旋核酸是在经典的沃森-克里克(Waston-Crick)氢键形成的双链核酸基础上,第三条寡核苷酸链以非经典的胡斯特(Hoogsteen)氢键嵌入到双链大沟(Major groove)中形成的超分子核酸组装体。在近年来发展的众多生物传感方法中,基于三螺旋核酸的生物传感平台凭借其快速、灵敏、简单、可逆等特点而备受瞩目。从生物传感器的角度,综述了三螺旋核酸生物传感器的类别与性质,分类评述了常见的三螺旋核酸生物传感器与三螺旋核酸传感元件的应用,并对三螺旋核酸生物传感器的发展前景进行了展望。     

锌指核酸酶技术在植物基因工程中的应用

锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)由3到4个锌指结构(zinc fingers,ZFs)和FokⅠ核酸内切酶的剪切结构域组成。锌指核酸酶(ZFNs)通过锌指结构(ZFs)与特异核酸位点结合,再利用FokⅠ的酶切作用切割DNA,引起特异位点DNA双链断裂(double strand break,DSB)。DNA双链断裂可以通过非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ) 或同源重组(homologous recombination,HR)来修复。在修复过程中实现对基因组DNA的靶向修饰。介绍了锌指核酸酶结构、人工构建途径,作用机理和试验步骤,重点综述了锌指核酸酶技术在植物基因工程的应用。     

利用锁核酸化学偶联FokⅠ核酸酶靶向切割HBV基因的体外实验

乙肝病毒(HBV)是有缺口的双链DNA病毒,侵入人体肝细胞后形成共价闭合环状DNA(ccc DNA)持续复制,并在逆转录过程中随机整合入宿主基因组。慢性乙型肝炎感染者平均每个细胞中含有33个ccc DNA拷贝,半衰期长达35~57 d,很难从体内彻底清除。利用锁核酸抑制HBV转录,是乙肝治疗的新策略。此外,利用基因组编辑技术靶向切割HBV基因组,有望从源头治愈乙型肝炎。基于锁核酸与双链DNA形成三股螺旋的能力、抵御核酸酶及聚合酶的稳定性以及对单碱基错配的敏感性,本研究以靶向切割乙型肝炎病毒为例,设计构建锁核酸修饰的寡核苷酸作为DNA结合域,有效增强对靶基因的特异性识别;同时利用FokⅠ核酸酶分子量小、二聚化时才具有酶活等特点,设计构建FokⅠ切割域二聚体重组蛋白作为DNA切割域;进而通过双功能交联剂GMBS,建立了5′端氨基(-NH2)修饰的锁核酸与N端巯基(-SH)修饰的FokⅠ核酸酶定向化学偶联的方法,并在体外验证了新型工具对HBV基因的靶向切割。该方法为此后在体内进行高特异性、无整合风险的抗病毒基因治疗提供了全新的技术思路。     

DNA生物传感器:缓慢的传感器?

近几年来,酶传感器、免疫传感器及微生物传感器等发展较为成熟,而DNA生物传感器的研究相对较少。文章从核酸杂交的原理出发介绍了DNA生物传感器的工作原理,举例说明了电化学、光学和声学等几种典型的DNA生物传感器,指出了其固有的优缺点,肯定了DNA传感器发展前景。