微生物无处不在，为了适应环境，微生物进化出了感知各种环境因子的遗传元件。其中，別构转录因子(allosteric transcription factor，aTF)集小分子效应物结合结构域与DNA结合结构域于一身，能够通过结合效应物触发别构效应进而精准地调控靶基因的转录，已经在合成生物学遗传电路开发中得到广泛应用。微生物生理代谢研究组基于多年来对原核生物aTF的认识，利用aTF特有的识别小分子的潜力，首次将其在体外作为全新的识别元件开发小分子检测方法，相关文章已于2017年发表于Chem Commun1并被遴选为back-cover。
近日，为了更好的利用aTF资源开发更便捷、廉价的小分子检测方法，微生物生理代谢研究组首次将aTF识别的小分子信号与等温链替换扩增反应(strand displacement amplification, SDA)实现偶联。从而将在核酸检测领域中广泛使用的SDA扩增方法拓展到小分子检测领域。该策略原理如图：使用Klenow聚合酶(Klenow fragment，KF)与aTF竞争结合引物末端，当不存在靶标小分子时，aTF的结合在空间上位阻了KF介导的SDA;当存在靶标小分子时，小分子使aTF从引物末端解离，从而KF得以启动多轮SDA反应，将小分子信号转换为扩增的G-四链体DNA信号。G-四链体既可以与荧光染料ThT结合，输出荧光信号;也可以与Heme形成DNAzyme，在H2O2介导下氧化ABTS2-，输出可视化颜色变化信号。利用以上策略，微生物生理代谢研究组成功实现了环境污染物对羟基苯甲酸和临床标志物尿酸的检测方法开发。相关文章于近日再次发表在Chem Commun2，并再次被遴选为back-cover。同时也申请了相关专利。
以上基于aTF识别的小分子检测方法开发策略为原核生物aTF资源开发、应用开辟了新途径。该研究得到了科技部、自然科学基金委和青年创新促进会的资助。
1. Li, S., Zhou, L., Yao, Y., Fan, K., Li, Z., Zhang, L., Wang, W. * and Yang, K. * (2017) A platform for the development of novel biosensors by configuring allosteric transcription factor recognition with amplified luminescent proximity homogeneous assays. Chem Commun (Camb), 53, 99-102.
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2017/CC/C6CC07244E#!divAbstract
2. Yao, Y.#, Li, S.#, Cao, J., Liu, W., Fan, K., Xiang, W., Yang, K.*, Kong, D.* and Wang, W.* (2018) Development of small molecule biosensors by coupling the recognition of bacterial allosteric transcription factor with isothermal strand displacement amplification. Chem Commun (Camb) (10.1039/C8CC01764F)http://dx.doi.org/10.1039/C8CC01764F
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