生物分析中的核酸适配体

所属分类:生物科学  
出版时间:2010-11   出版时间:化学工业出版社   作者:马可·马希尼 编   页数:278   译者:屈锋  

前言

非常高兴担任《生物分析中的核酸适配体》一书的主编。适配体最初时是作为治疗药物,但在很短几年间就成为分析化学的热点话题。在我们的实验室,我们正在努力实现可靠的化学和生物传感器,适配体显然成为其组装的最佳组件,并作为具有特殊结合常数(微摩尔至皮摩尔范围)的一类新配体出现在这些应用中。适配体也进入了许多其他分析应用中,如基于分离科学的技术(各种色谱技术或毛细管电泳),用这些新化合物能够解决许多令人振奋的新的分析问题。食品、空气或饮用水中日益增多的污染物,能引起中毒、疾病或慢性疾病,这使我们需要能够快速检测复杂样品,通常是对多组分进行分析的系统。这种需求也存在于医学领域,人们越来越需要多参数诊断系统,以检测所有已知的和更多近来才发现的不同疾病的生物标志物。遗憾的是,对医生来说,与疾病相关的生物标志物要么是生理上微量存在的,要么是被病人血液和体液内非特异性化合物严重污染的。因此,有效地检测这些生物标志物需要高灵敏以及特异性的识别元素。当检测系统需要一种生物分子识别体系时,基于抗体检测的方法仍被认为是环境、食品和临床分析中的标准检测方法,所建立的这些分析方法已经表明能够满足所需的灵敏度和选择性。然而,在多组分检测和非常复杂的样品分析中使用抗体面临着一些限制,主要是源于蛋白受体的性质和蛋白受体的合成。为了规避这些缺陷,寻找其他可作为替代的识别分子一直处在研究探索中。人们认识到核酸,特别是RNA,可拥有稳定的二级结构,且它们易于合成和功能化修饰,这已开启了适配体在一些领域的应用之门。核酸的主要优点是克服了使用动物或细胞系产生分子,而且,对非免疫原性的分子的抗体是很难生产的。相反,适配体是通过体外方法分离,不依赖于动物,它能针对任何靶物质生产和开发一个体外组合库。此外,体内抗体的产生意味着动物免疫系统选择了与抗体结合的靶蛋白的位点。体内参数条件决定了抗体识别靶蛋白只能在生理条件下,这就限制了对抗体的功能化修饰和应用的范围。通过操控适配体的筛选过程,还可以得到结合于靶的特异区、具有特异性结合性质和在不同结合条件下结合的适配体。筛选后,适配体可通过化学合成生产和进行高度纯化,消除使用抗体时发现的批次间的差异。通过化学合成,可进行适配体的修饰,提高分子的稳定性、亲和性和特异性。通常为了获得更高的亲和性或特异性,可改变适配体靶复合物的动力学参数。适配体另一个优于抗体的优点是对较高温度的稳定性。其实,抗体是大蛋白分子,它对温度敏感,会产生不可逆的变性。相反,适配体非常稳定,变性后还能使其天然活性构象复原。筛选过程本身具有放大步骤,赋予了适配体一些相对于其他“非天然”受体的优点,如寡肽就不能在筛选过程中放大。因此,聚合酶链反应再次显示出其解决高选择性配体的获得问题的魔力。我们遗传系的同事正在努力克服这个问题,将来我们将会很高兴地从库里获得其他的具有不同性质的优良配体,像多肽或多糖,而不是寡核苷酸!现在,我们有一类新的生物传感器——适配体传感器,是用适配体作为高选择性识别元件。作为受体分子,由于适配体针对分析物是均等合成的产生过程,使它们可以广泛应用于多样化的目标分析物阵列。在微纳尺度平台实现的适配体传感器拥有很多潜在的优势,如:微型化的构建;快速、灵敏和特异性的检测;高通量;成本降低;最少的材料消耗。因此,微纳适配体传感器在广泛的应用范围中极具吸引力,如蛋白质组学、代谢组学、环境监测、反恐和临床诊断和治疗。

内容概要

书中介绍和总结了“适配体”的概念、产生方法以及近20年来在分析领域内发展动态和最新研究进展。内容涵盖了适配体作为识别元素的主要研究方向和应用范围,具体包括电化学适配体传感器、免疫标记适配体传感器、适配体酶传感器、信号放大适配体传感器、纳米功能化适配体传感器,以及毛细管电泳、液相色谱等分离技术与适配体的联合检测等,充分展现出核酸适配体在分析科学中的独特优势和应用价值。  该书主题属前沿科学领域,内容深入浅出,原理和应用相辅相成,代表了当前国际上适配体研究的整体发展水平,对国内化学界和生物医学界相关研究和科学普及具有良好的参考价值和指导意义。

作者简介

Marco Mascini博士,意大利佛罗伦萨大学化学系全职分析化学教授,生物传感技术的开创者之一。他的研究兴趣与电化学传感器、压电传感器和光学传感器相关。他对这些装置的产业化样机在生物分析、药学、环境及食品质量和安全中的一些实际应用进行了开创性工作。部分装置当今已经商业化。

书籍目录

第一篇
导论 1
适配体:作为配体的所有理由  1.1
引言2  1.2
筛选的威力和适配体的精制  1.3
化学组成决定适配体形状  1.4
适配体调控子  1.5
适配体传感器  1.6
展望  参考文献 2
SELEX及其最新优化  2.1
引言  2.2
适配体及其SELEX筛选  2.3
SELEX技术的修饰  2.4
适配体及其筛选技术的优点与局限性  2.5
正在开发上市的适配体的应用  2.6
展望  参考文献第二篇
生物传感器 3
电化学适配体传感器  3.1
引言  3.2
基于固定在电极表面的有氧化还原活性的适配体单分子层的电化学适配体传感器  3.3
基于酶放大的电化学适配体传感器  3.4
基于纳米粒子放大的电化学适配体传感器  3.5
非标记电化学适配体传感器  3.6
基于场效应晶体管的适配体传感器  3.7
结论和展望  参考文献 4
适配体:自然和科技的融合  4.1
引言  4.2
核酸分子的特性  4.3
核酸分子的电化学检测  4.4
细胞色素C与适配体结合  4.5
DNA机器和适配体  参考文献 5
电化学指示剂和横向剪切模式法检测蛋白质与适配体间相互作用  5.1
引言  5.2
适配体在固态基底上的固定  5.3
适配体?配体间相互作用的检测  5.3.1
电化学方法  5.3.2
声学方法  5.4
结论  参考文献 6适
配体酶亚基生物传感器:酶的变构控制中适配体的应用  6.1
适配体作为生物传感器的分子识别元素  6.1.1
适配体与抗体比较  6.1.2
信号适配体  6.2
均相传感  6.2.1
无需结合/释放分离的生物传感器  6.2.2
适配体的酶亚基  6.3
改良适配体的模拟进化算法  参考文献 7
基于纳米材料的非标记适配体传感器  7.1
引言  7.2
非标记电化学适配体传感器  7.3
基于场效应晶体管的适配体传感器  7.4
基于局域表面等离子共振的非标记适配体传感器  7.5
面临的挑战和结束语  参考文献 8
基于适配体的生物分析检测:放大策略  8.1
引言  8.2
基于功能化的适配体纳米粒子的生物分析检测  8.3
基于适配体和量子点的检测  8.4
适配体酶和适配体机器  8.5
基于适配体分析的聚合酶链反应扩增法  8.6
结论  参考文献第三篇
应用

章节摘录

插图:针对靶分子RNA而不是蛋白质的RNA调控适配体也已开发出来。
寡核苷酸非常不适合RNA结构的识别(Toulm6等,2005)。
折叠的RNA区域不能用于分子间互补序列的配对。
因此,针对结构区域的反义或siRNA表现出的结合效率有限(Kurreck,2006)。
体外筛选可识别靶分子RNA区域的折叠状态的适配体已经实现。
除了Watson-crick碱基配对,还确定了RNA三级结构中的多种作用,这表明有可能利用环和凸起中的非配对核酸碱基与核酸适配体的分子间相互作用。
其他的作用如碱基堆积也会对相互结合产生额外的贡献。
针对HIV一1的TAR
RNA发夹的DNA和RNA适配体都已经得到确定,不完整的发卡结构参与了逆转录病毒基因组转录的反式激活过程(Boiziau等,1999;Ducong6和Toulm6,1999)。
这种结合是通过两个分子的部分互补的顶环部分形成环一环螺旋而产生。
其RNA适配体形成的一个六碱基对螺旋和一个临界的非标准的GA碱基对靠近适配体的环表现出对吻合复合物(kissing
complex)的形成起着关键作用(Ducong6等,2000),得到了高亲和性(纳摩尔级的Kd值)的适配体。
特别是由RNA
PolⅢ启动子驱动的该适配体的原位表达与控制TAR条件下培养的Hela细胞的报告基因的表达相比减少了60%(Kolb等,2006)。
与常规的RNA分子相比,经化学修饰设计的适配体表现出对生物特性的提升(Darfeuille等,2002a,b,2004)。
其他的RNA结构也已经成功被确定为适配体,特别是对肝炎c病毒RNA的核糖体内部的进入位点(Tallet-Lopez等,2003;Da
Rocha-Gomes等,2004;。
Kikuchi等,2005)。
生产可随意进行激活或失活调控的可逆的调控子,并能产生相应的信号,人们对此有极大的兴趣。
为此,可利用小分子适配体实现调控。
当插入mR-NA时,这些适配体模拟已确定的原核mRNA的核糖开关(Tuckel’和Break-er,2005)。
对这些RNA分子,与配体结合相关的构象变化可以引起翻译的调控,最常见的是切换核糖体结合位点,使其从一个封闭状态切换到自由状态。
RNA上可触发构象重排的配体结合位点在功能上相当于一个适配体。
因此,通过插入一个适配体序列在给定基因的5,_未翻译区(UTR),来设计基因表达的人工调控子是非常吸引人的工作。
适配体和靶分子间的作用会改变或稳定RNA的结构,但反过来可能会阻止核糖体的结合或阻止翻译程序启动。

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《生物分析中的核酸适配体》:核酸适配体具有一些优于相应抗体的优点,是一个在不同学科具有巨大潜力而迅速崛起的新兴领域。《生物分析中的核酸适配体》详细介绍了核酸适配体在分析、医学、环境和食品科学应用中有关的生物分析技术和方法。内容包括以下方面:核酸适配体、适配体靶分子和它们的一般应用。适配体在不同领域中的应用,特别是适配体传感器和方法与相应的免疫传感器的比较。适配体诊断技术实例,如全细胞蛋白轮廓谱(蛋白质组学)和疾病与健康状态的医学诊断区别。各分支领域领衔专家代表性研究的研究成果。·大量已经证实的生物分析技术和方法及为进一步研究所用的参考文献。

图书封面


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用户评论 (总计9条)

 
 

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