吳鵬&侯賢燈: dsDNA和SYBR Green I複合物光催化氧化TMB用於免標記和通用可視化生物分析

2021-02-20 功能核酸

除了自然雜交，DNA的許多功能被開發應用，例如適配體用於靶物質識別、催化、邏輯運算。DNA除了能夠雜交和摺疊，還能與有機染料和過渡金屬配合物結合。其中最常用的染料之一是SYBR Green I。SYBRGreen I 能夠與雙鏈DNA結合，結合後螢光強度大大增強，在核酸檢測中應用廣泛。

四川大學吳鵬和侯賢燈團隊研究發現，dsDNA和SYBR Green I複合物具有光敏催化活性，在光輻照作用和溶解氧存在下能夠催化TMB顯色。相比於G-四聯體，隨機雙鏈DNA序列即可產生催化活性，通用性更強。作者研究發現，單線態氧的產生對催化過程至關重要。作者推測未結合雙鏈的SYBR Green I 產生單線態氧效率低，結合後螢光能量大大增加，伴隨單線態氧產生量增加，氧化TMB。

圖1. dsDNA-SG光敏催化TMB氧化的示意圖

作者使用發卡、T-Hg-T錯配代替雙鏈DNA同樣能夠達到催化效果，另外，除了SYBRGreen I之外，ethidium bromide (EB) 和 gel red (GR) 和dsDNA作用也具有催化活性，但是SYBR Green I的催化效果更好。

圖2. 雙鏈DNA、發卡DNA、T-Hg-T和SG作用以及EB、GR、SYBRGreen I和雙鏈DNA作用效果圖

作者應用此原理分別用於DNA、蛋白質、金屬離子的檢測。作者設計基因序列的互補序列作為探針，靶物質存在時形成雙鏈DNA，能夠與SG結合發揮光敏催化活性。作者還設計蛋白質的適配體，將靶物質與適配體的結合轉換為催化活性的改變，用於古柯鹼和凝血酶的檢測。另外，Hg2+可以與富T序列形成錯配，穩定DNA雙鏈結構，產生催化活性，此原理可應用於Hg2+的檢測。

表1. DNA、凝血酶、古柯鹼和Hg2+檢測的檢測限


點評：

1.相比於HRP/nanozyme，此方法無需標記即可進行催化和檢測。

2. 相比於G4，任意雙鏈序列都可以實現催化，可以在多種靶物質檢測中都有應用，通用性更強。

3. 使用溶解氧產生單線態氧作為氧化劑，相比於其他氧化酶使用過氧化氫作為氧化劑更有優勢。因為過氧化氫本身會輕微氧化TMB。

 

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Zhang X, HuangC, Xu S, et al. Photocatalytic oxidation of TMB with the double strandedDNA–SYBR Green I complex for label-free and universal colorimetric bioassay[J].Chemical Communications, 2015, 51(77): 14465-14468.

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