顾宏周团队《Analytical Chemistry》报道特异且紧密结合镍离子的DNA序列

　　

 作为现代社会不可或缺的元素，镍被广泛应用于制造可充电电池和特殊合金。大量使用带来的副作用是镍不可避免地进入各种水体，造成重金属污染。高浓度的镍，通常是+2价Ni离子（Ni2+），能与各种代谢物和生物聚合物形成不良复合物，从而导致细胞毒性。因此，检测和去除水体中的Ni2+对工业发展和人类健康都至关重要。然而，高特异性识别Ni2+探针的缺乏使得Ni2+的检测及精准回收再利用难以高效实现。在现有技术中，除了经典的质谱仪器分析以外，其余如比色分析、基于量子点或螯合剂的分析手段等，都无法特异的识别Ni2+（例如无法区分Ni2+与Co2+）。

 2021年11月4日，我院顾宏周团队在Analytical Chemistry杂志发表了题为“Small DNAs that Bind Nickel(II) Specifically and Tightly”的论文，首次报道了两条可以特异性结合Ni2+的DNA序列（核酸适配体），与现有的其余Ni2+识别分子不同，这些序列可以高度区分类似离子，如 Co2+等。有意思的是，此次发现的特异识别Ni2+的DNA序列尽管只有60-70个碱基，但在如8 M 尿素和 50 mM EDTA 的苛刻变性条件下依然保持与Ni2+结合（图1）。

图1. Ni2+适配体的金属依赖性、EDTA耐受性及ITC测试结果。

 利用等温滴定量热法 (ITC)，研究人员测得其中TX1b序列结合Ni2+的解离常数（KD）为 24.0±4.5 μM，化学计量比为1:9。一条序列结合多个Ni2+可能是此类DNA拥有极好的稳定性，并能抵抗苛刻变性条件的一个主要原因。在接近形成Ni(OH)2/NiO沉淀临界点的条件下，TX1b与Ni2+结合效果最好，这意味着多核Ni2+复合物可能才是这类DNA序列真正的配体（图2）。

图2. Ni2+与DNA适配体结合的模型图。

借助于DNA出色的可编程性，团队人员采用滚环扩增的方式制备了包含上千个重复TX1b序列单元的DNA纳米颗粒，并证实这些颗粒可像海绵一样特异性吸附人工废水中的Ni2+，具备成为感应Ni2+的新型纳米探针的潜力（图3）。结合一系列近年来生物合成技术的突破，DNA的制备成本和规模不再受限，因此这些结合Ni2+的DNA 适配体有望为水体中镍元素的选择性高效回收利用提供切实可行的解决方案。

图3. TX1b适配体选择性吸附人工废水中的Ni2+。

 据悉，复旦大学生物医学研究院研究生许田斌和张灿钰为论文共同第一作者，顾宏周研究员为本文通讯作者。厦门大学化学化工学院特任研究员宋彦龄为本文提供了ITC数据分析方面的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.analchem.1c04034