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Angew. Chem.:配體響應的人工蛋白質-蛋白質通訊系統應用于現場可部署的無細胞生物傳感2025-03-11
自然界中,蛋白質-蛋白質通訊是細胞內信息流調控的基礎,例如轉錄因子(TF)與RNA聚合酶/核糖體的相互作用,這些過程促進了細胞信號與基因調控的整合,使細胞能夠響應外部刺激?;赥F與RNA聚合酶自然通訊的體外轉錄/翻譯(TXTL)系統已成功重建,并在生物傳感、臨床診斷、環境監測及可控生物合成等領域展現出廣泛應用前景。然而,TXTL系統因轉錄-翻譯機制復雜,響應時間長達數小時,且系統組成復雜,包含級聯多酶體系、多種輔因子、大量合成底物及細胞裂解物,這對需要快速響應和簡化系統的現場檢測應用構成挑戰。

近日,湖南大學化學化工學院的聶舟/雷春陽團隊開發了一種配體響應的人工蛋白質-蛋白質通訊系統(ligand-responsive artificial protein-protein communication,LIRAC)。該系統通過合理設計嵌合DNA適配器(cDNA)并精確調控其與兩種蛋白質的結合親和力,實現了TF與CRISPR/Cas酶的快速高效通訊。LIRAC利用配體調節TF的別構效應,直接將配體誘導的構象變化轉換為Cas酶的快速單酶響應。通過構建便攜式檢測裝置與試紙條,該系統實現了環境化學物質的快速分析,驗證了其在環境污染物現場分析中的應用潛力。

 

 

 

 

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在CRISPR/Cas酶底物識別機制指導下,作者理性設計了cDNA,初步建立了TF與Cas12a酶的通訊。通過進一步調整結合動態,降低反應體系中游離cDNA比例及提高Cas12a酶的表觀米氏常數值,實現了TF與Cas12a酶的高效通訊。

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在此基礎上,作者構建了響應四環素的LIRAC生物傳感系統,能在10分鐘內檢出低至0.1 μM的四環素,相較于基于TXTL及體外轉錄的傳統無細胞傳感系統,在信號強度、響應速度及靈敏度方面均表現出顯著優勢。

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LIRAC具有模塊化特性,通過替換轉錄因子及調整cDNA序列,可拓展應用于不同類型目標物的分析。作者構建了便攜式檢測裝置,實現了水樣中銅離子等重金屬離子的快速靈敏檢測;結合酯酶轉化反應,實現了個人護理用品中尼泊金酯防腐劑的可視化試紙條分析。

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該工作建立了配體響應的人工蛋白質-蛋白質通訊系統,發展了具有快速響應、可調動態范圍及便攜式檢測潛能的無細胞生物傳感系統,為環境污染物的現場快速監測提供了新工具。

文信息

Ligand-Responsive Artificial Protein–Protein Communication for Field-Deployable Cell-Free Biosensing

Ke Wang,?Siqian Liu,?Shuqi Zhou,?Dr. Aori Qileng,?Dr. Dingyi Wang,?Prof. Yingju Liu,?Prof. Chunlai Chen,?Prof. Chunyang Lei,?Prof. Zhou Nie

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202416671

 

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