構成生命的天然核酸與蛋白質具有手性單一特性：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、生物學等多學科手段構建與天然生物分子手性相反的“鏡像生物學系統(tǒng)”。至今，該課題組已初步實現(xiàn)了鏡像中心法則中的鏡像核酸復制、轉錄、反轉錄等過程，突破了 90 kDa 以上大型鏡像蛋白質全化學合成和千堿基長度鏡像基因合成的技術瓶頸，開發(fā)了鏡像 PCR 擴增、鏡像核酸測序、鏡像 DNA 信息存儲等技術，目前正在著力構建鏡像蛋白質翻譯系統(tǒng)以實現(xiàn)完整的鏡像中心法則，并嘗試進一步拓展鏡像生物學系統(tǒng)的實際應用。
核酸適配體（aptamer）是一類能特異性結合靶標分子的單鏈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方法合成鏡像靶標分子并借助于天然核酸的定向進化間接篩選得到（圖1）。但化學合成鏡像靶標分子的過程復雜且種類有限，主要局限于小分子或小型多肽、蛋白質，因此該間接篩選方法的實現(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。
研究團隊經(jīng)過近六年的研究探索，建立了鏡像核酸的定向進化與鏡像DNA適配體的直接篩選方法，簡稱為“鏡像篩選（mirror-image selection）”。
研究團隊從包含約1014條隨機鏡像DNA序列的文庫中篩選出特異性結合人凝血酶（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(tǒng)在**診療領域的應用。
實現(xiàn)鏡像篩選的關鍵步驟之一是鏡像 PCR 擴增。研究者使用該課題組之前報道的鏡像 DNA 聚合酶 PCR 擴增包含約1014條隨機鏡像 DNA 序列的文庫，并將其與凝血酶結合，經(jīng)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。實現(xiàn)鏡像篩選的另一個關鍵步驟是鑒定鏡像 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 進行分離純化，并優(yōu)化了該課題組之前報道的鏡像 DNA 測序技術，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
在此基礎上，研究團隊將鏡像 DNA 適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(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)定存在并準確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 適配體傳感器很快就被人血清中的核酸酶降解，無法準確檢測人血清中凝血酶的濃度。研究者還用熒光標記的鏡像 DNA 適配體替代傳統(tǒng)抗體實現(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
研究者進一步發(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，該研究報道了一種鏡像核酸的定向進化與鏡像DNA適配體的直接篩選方法，為其在**診療領域的應用提供了新的技術平臺。
