长冈技术科学大学技学研究院机械系庄司观副教授、研究生院工学研究科尖端工学专业赤井大梦（博士生），与日本东北大学流体科学研究所马渕拓哉副教授、研究生院工学研究科平野太一（博士生）共同发表研究成果称，成功开发出可选择性检测分子的DNA纳米孔传感器。通过改变构成该传感器的适配体碱基序列，可应用于多种生物分子检测。预计有望助力药物研发和疾病诊断。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Small》5月2日号的电子版上。
图1 DNA纳米孔传感器示意图。将固定在金针电极尖端的DNA纳米孔物理性插入人工细胞膜，实现分子选择性纳米孔传感。（供图：长冈技术科学大学）
纳米孔传感器是通过薄膜上构成的纳米级孔隙与目标分子相互作用引起的离子电流变化来检测目标分子的分子测量技术，已应用于DNA序列分析和蛋白质检测。从原理上而言可检测通过纳米孔的各种分子，因此若要实现仅检测目标分子，就需要定制化纳米孔。
近年来，由DNA构建的可自由调控尺寸、形状和功能的“DNA纳米孔”在传感器中的应用备受期待。虽然此前已有能够诱导响应分子开闭动作的DNA纳米孔的相关报道，但由于人工细胞膜插入效率低，尚未开展传感器应用必需的分子选择性和温度依赖性相关特性的评估。
因此，此次研究团队利用结构DNA纳米技术，开发出可选择性响应ATP并动态开闭的DNA纳米孔传感器。
这种DNA纳米孔由作为离子通道在人工细胞膜中发挥作用的跨膜结构域，和具有能选择性结合目标分子三磷酸腺苷（ATP）功能的核酸分子——ATP结合适配体（能与特定分子结合并形成立体结构的核酸分子）构成。
研究团队利用自主研发的“DNA纳米孔探针技术”，将DNA纳米孔插入人工细胞膜。并通过测量离子电流成功观察到响应ATP的DNA纳米孔的开闭动作。同时，研究团队还发现闭合状态（适配体与ATP结合状态）的比例随ATP浓度而变化。
此外，通过利用能够观察原子级构造变化的分子动力学模拟，研究团队成功阐明了响应ATP的DNA纳米孔开闭机制的细节。
庄司副教授表示：“本研究全球首次发布了使用分子响应型DNA结构体的纳米孔传感器。该传感器具备高灵敏度、高选择性和高时间分辨率，通过设计适配体序列还可定制分子选择性，有望成为应用于药物研发和细胞观察的生物传感器。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Small
论文：Specific ATP Detection Using Molecule-Responsive DNA Nanopores
URL：doi.org/10.1002/smll.202409293
