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Science子刊报道利用细菌别构转录因子创建全新小分子检测方法

发布时间:2018-12-02 20:12:00

微生物是认知生命活动规律的重要源头,也是合成生物学实现“格物致知”到“建物致知”再到“建物致用”所需要的具有特定功能的生物“元/器件”的重要发掘对象。华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室张立新教授带领的团队首次发现別构转录因子(allosteric transcription factor,aTF)在体外能够结合缺刻的DNA结合序列,并进一步利用这一发现建立全新的小分子检测方法。相关工作于11月28日以长文(Research Article)的形式发表在Science子刊Science Advances。文章链接:http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaau4602

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“智能元件”。其中,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。aTF已经在合成生物学遗传电路开发中得到广泛应用。为了进一步发掘这一元件特异识别小分子的应用潜力,该团队首次发现aTF普遍能够结合缺刻的DNA结合位点(图A);于是该团队大胆设想:如果aTF在体外能和T4 DNA连接酶竞争缺刻的DNA结合位点,小分子效应物则能够调节这一竞争关系。利用这一设计恰恰能够实现:将aTF感应小分子的信号转换为DNA信号(模板是否被T4 DNA连接酶连接,图B)。为精巧的是:这一模块化设计可以偶联各种成熟的DNA检测方法,在体外实现对不同小分子的检测。换句话说:这一方法平台实现了将各种成熟的DNA检测方法拓展到小分子检测领域(图C)。该团队将这一方法平台分别偶联DNA检测领域广泛使用的RT-qPCR,重组酶聚合酶扩增(RPA)和滚环扩增(RCA),对3种小分子(对羟基苯甲酸,尿酸和四环素)建立9个灵敏、便捷的小分子检测方法,充分证实了该方法的巨大潜力。


目前,大量的感应各种小分子aTF已经被鉴定,同时日益增长的基因组数据也进一步提供了aTF的发掘空间,另外蛋白质定向进化也能够产生感应特定小分子的aTF。诺贝尔奖得主、Nucleic Acid Research杂志前主编、华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室第一届国际咨询委员会委员Richard J. Roberts院士在采访中高度评价:“该研究非常聪明精巧,为小分子检测方法开发提供了一个全新途径,特别是对那些传统识别元件不能识别的敏感小分子化合物……”。

中国科学院微生物研究所硕士生曹佳倩和博士生姚永鹏为共同第一作者,中国科学院微生物研究所王为善副研究员、中国农业科学院植物保护研究所李珊珊副研究员为共同通讯作者。微生物所范可强研究员,华东理工大学谭高翼副教授,中国农业科学院植物保护研究所向文胜研究员和齐鲁工业大学夏雪奎副教授也是共同作者。该研究受到科技部、自然科学基金委、华东理工大学交叉团队和泰山学者等基金支持。研究团队特别感谢张先恩研究员、史建国研究员、谭华荣研究员、刘昌恒研究员、刘平华教授、陈义华研究员、李敏勇教授和陈实教授等给予的建设性指导!