構(gòu)成生命的天然核酸與蛋白質(zhì)具有手性單一特性：天然核酸均由 D 型核糖組成，天然蛋白質(zhì)幾乎均由 L 型氨基酸組成。朱聽課題組致力于從遺傳信息中心法則出發(fā)，利用化學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科手段構(gòu)建與天然生物分子手性相反的“鏡像生物學(xué)系統(tǒng)”。至今，該課題組已初步實(shí)現(xiàn)了鏡像中心法則中的鏡像核酸復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄等過程，突破了 90 kDa 以上大型鏡像蛋白質(zhì)全化學(xué)合成和千堿基長度鏡像基因合成的技術(shù)瓶頸，開發(fā)了鏡像 PCR 擴(kuò)增、鏡像核酸測序、鏡像 DNA 信息存儲等技術(shù)，目前正在著力構(gòu)建鏡像蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)完整的鏡像中心法則，并嘗試進(jìn)一步拓展鏡像生物學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。
核酸適配體（aptamer）是一類能特異性結(jié)合靶標(biāo)分子的單鏈DNA或RNA分子。傳統(tǒng)核酸適配體為天然DNA或RNA，極易被天然核酸酶降解；而鏡像核酸適配體為鏡像DNA或RNA，無法被天然核酸酶降解，具有優(yōu)異的生物穩(wěn)定性。此前，鏡像核酸適配體主要通過化學(xué)方法合成鏡像靶標(biāo)分子并借助于天然核酸的定向進(jìn)化間接篩選得到（圖1）。但化學(xué)合成鏡像靶標(biāo)分子的過程復(fù)雜且種類有限，主要局限于小分子或小型多肽、蛋白質(zhì)，因此該間接篩選方法的實(shí)現(xiàn)難度大且缺乏普適性，制約了鏡像核酸適配體的篩選與應(yīng)用。
2022年6月6日，朱聽課題組在 Nature Biotechnology 期刊發(fā)表了題為：Directed evolution and selection of biostable L-DNA aptamers with a mirror-image DNA polymerase 的研究論文。
研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近六年的研究探索，建立了鏡像核酸的定向進(jìn)化與鏡像DNA適配體的直接篩選方法，簡稱為“鏡像篩選（mirror-image selection）”。
研究團(tuán)隊(duì)從包含約1014條隨機(jī)鏡像DNA序列的文庫中篩選出特異性結(jié)合人凝血酶（human thrombin）的鏡像DNA適配體，并開發(fā)了基于該適配體的凝血酶傳感器、蛋白**印跡（Western blot）技術(shù)及具有抗凝血作用的凝血酶抑制劑，拓展了鏡像生物學(xué)系統(tǒng)在**診療領(lǐng)域的應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)鏡像篩選的關(guān)鍵步驟之一是鏡像 PCR 擴(kuò)增。研究者使用該課題組之前報(bào)道的鏡像 DNA 聚合酶 PCR 擴(kuò)增包含約1014條隨機(jī)鏡像 DNA 序列的文庫，并將其與凝血酶結(jié)合，經(jīng)過多輪結(jié)合、洗脫與鏡像 PCR 擴(kuò)增，得到了特異性結(jié)合凝血酶的鏡像 DNA。實(shí)現(xiàn)鏡像篩選的另一個關(guān)鍵步驟是鑒定鏡像 DNA 適配體的序列。研究者利用變性梯度凝膠電泳（DGGE）對篩選出的鏡像 DNA 進(jìn)行分離純化，并優(yōu)化了該課題組之前報(bào)道的鏡像 DNA 測序技術(shù)，鑒定出數(shù)個對凝血酶具有高親和力的鏡像 DNA 適配體序列。
圖1：“鏡像篩選（mirror-image selection）”方法示意圖
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將鏡像 DNA 適配體設(shè)計(jì)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(yōu)異的生物穩(wěn)定性，鏡像 DNA 適配體傳感器在人血清中可長時間穩(wěn)定存在并準(zhǔn)確檢測人血清中凝血酶的濃度；而在相同條件下，與之對應(yīng)的天然 DNA 適配體傳感器很快就被人血清中的核酸酶降解，無法準(zhǔn)確檢測人血清中凝血酶的濃度。研究者還用熒光標(biāo)記的鏡像 DNA 適配體替代傳統(tǒng)抗體實(shí)現(xiàn)了對凝血酶的蛋白**印跡檢測。
圖2：基于鏡像DNA適配體的凝血酶傳感器及蛋白**印跡（Western blot）技術(shù)
研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)鏡像 DNA 適配體可抑制凝血酶活性，并顯著延長人血漿的凝固時間，初步展示了鏡像 DNA 適配體在抗凝血**中的應(yīng)用前景。
圖3：基于鏡像DNA適配體的具有抗凝血作用的凝血酶抑制劑
綜上，該研究報(bào)道了一種鏡像核酸的定向進(jìn)化與鏡像DNA適配體的直接篩選方法，為其在**診療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的技術(shù)平臺。
