2篇NBT（IF=55）| 清华大学朱听团队开发了一种“镜像选择”方案，用于定向进化和选择生物稳定的L-DNA适体
iNature
由手性倒转核酸制成的镜像适体具有核酸酶抗性和极好的生物稳定性，为独特的应用开辟了机会。然而，直接从大型随机 L-DNA 文库中直接进化和选择镜像适体，以前没有得到证实。
2022年6月6日，清华大学朱听团队在Nature Biotechnology （IF=55）在线发表题为“Directed evolution and selection of biostable L-DNA aptamers with a mirror-image DNA polymerase”的研究论文，该研究开发了一种“镜像选择”方案，用于定向进化和选择具有镜像 DNA 聚合酶的生物稳定 L-DNA 适体。该研究对结合天然人凝血酶的 L-DNA 序列进行迭代富集和镜像聚合酶链反应 (PCR) 扩增，并结合变性梯度凝胶电泳 (DGGE) 分离单个适体和 L-DNA 合成测序以确定其序列。
基于选定的 L-DNA 适体，该研究设计了生物稳定的凝血酶感应器和抑制剂，即使在存在快速降解 D-DNA 适体的人血清的情况下，它们也能在生理相关的富含核酸酶的环境中保持功能。总之，直接从大型随机 L-DNA 文库中镜像选择生物稳定的 L-DNA 适体极大地扩展了可以靶向的生物分子的范围，拓宽了它们作为生物稳定感应器、治疗和基础研究工具的应用。
另外，2021年7月29日，清华大学朱听团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“Bioorthogonal information storage in L-DNA with a high-fidelity mirror-image Pfu DNA polymerase”的研究论文，该研究化学合成了分子量达90 kDa的大型镜像蛋白质：镜像Pfu DNA聚合酶，利用该高保真镜像聚合酶组装出千碱基长度的长链镜像DNA，并开发了基于镜像DNA的信息存储技术。该研究还利用环境水样进行了生物正交性实验，结果表明携带采样地点信息的镜像DNA在从清华园荷塘采集的水样中存放一年后仍能被有效扩增，且其携带的信息仍能被准确读取；而同样存放条件下的天然DNA则在一天后即被完全降解，造成信息丢失。该研究展示了镜像DNA在复杂自然环境中长时间储存信息的能力及广泛的适用性（点击阅读）。
通过指数富集 (SELEX) 或体外选择的配体系统进化选择的天然适体很容易被体外和体内普遍存在的核酸酶降解，限制了它们作为诊断和治疗工具的实际应用。手性倒置镜像（L-DNA 或 L-RNA）适体具有核酸酶抗性和异常生物稳定性。它们的生产可以很容易地通过自动化寡核苷酸合成仪与市售的 L-脱氧核苷或 L-核糖核苷亚磷酰胺实现，使其非常适合诊断和治疗中的实际应用。
自从二十多年前对其生化优势的认识以来，镜像适配体主要通过一种称为“选择-反射”的间接方案进行选择：首先化学合成目标分子的镜像版本以选择天然适体，然后合成具有相同序列的镜像适体结合相应的天然靶标。然而，化学合成镜像靶分子的第一步通常是有问题的，特别是对于具有大尺寸、广泛的翻译后修饰 (PTM) 和低体外折叠效率的蛋白质。
靶向天然人凝血酶的 l-DNA 适体的镜像选择（图源自Nature Biotechnology ）
在实践中，大多数生物学上重要的靶分子，如大蛋白质，不能基于现有技术进行化学合成。因此，迄今为止，通过选择-反射发现的镜像适体很少，主要局限于靶向小分子、短肽、短RNA和小蛋白，最大的是来自解淀粉芽孢杆菌 (barnase) 的 110 个氨基酸 (aa) 核糖核酸酶，大小为 12 kDa。尚未实现针对大多数生物学上重要但不可合成的靶分子的镜像适体的选择。
该研究开发了一种“镜像选择”方案，用于定向进化和选择具有镜像 DNA 聚合酶的生物稳定 L-DNA 适体。该研究对结合天然人凝血酶的 L-DNA 序列进行迭代富集和镜像聚合酶链反应 (PCR) 扩增，并结合变性梯度凝胶电泳 (DGGE) 分离单个适体和 L-DNA 合成测序以确定其序列。
基于选定的 L-DNA 适体，该研究设计了生物稳定的凝血酶感应器和抑制剂，即使在存在快速降解 D-DNA 适体的人血清的情况下，它们也能在生理相关的富含核酸酶的环境中保持功能。总之，直接从大型随机 L-DNA 文库中镜像选择生物稳定的 L-DNA 适体极大地扩展了可以靶向的生物分子的范围，拓宽了它们作为生物稳定感应器、治疗和基础研究工具的应用。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41587-022-01337-8
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