德克萨斯大学奥斯汀分校开发新型荧光DNA传感器 实现活细胞代谢物实时监测

德克萨斯大学奥斯汀分校开发新型荧光DNA传感器 实现活细胞代谢物实时监测

近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队在生物成像领域取得重大突破，开发出一种新型的基因编码荧光DNA核酸适配体（Genetically Encoded Fluorogenic DNA Aptamer，简称GEFDA）传感器。这一创新技术由该校陆艺教授领衔，为活细胞代谢物的实时监测提供了前所未有的工具，有望在生命科学研究和疾病诊断中发挥重要作用。

突破传统限制的新型传感器

在生物成像领域，荧光蛋白和RNA传感器一直是重要工具。然而，这些传统方法存在诸多局限：蛋白质和RNA的稳定性和多功能性有限，难以满足小分子分析物的检测需求。德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队另辟蹊径，将目光投向了DNA核酸适配体。

DNA核酸适配体具有天然的优势：比蛋白质更稳定，结合范围更广。但传统DNA核酸适配体需要事先标记荧光染料并递送至细胞内，这限制了其实时监测能力。陆艺教授团队提出了一种创新策略：将DNA核酸适配体的编码信息整合到能够利用反转录酶表达单链DNA的质粒中。这种设计使得传感器能够在细胞内持续生成，克服了传统方法中传感器递送效率低、信号持续性差等问题。

技术原理与应用

研究团队通过连接能与ATP结合的DNA核酸适配体和增强红色荧光的荧光核酸适配体，成功开发了适用于细菌和哺乳动物细胞的GEFDA传感器。这种传感器在存在ATP时荧光信号强度显著增强，能够精确检测ATP浓度变化。

在实验中，研究团队在活细胞中表达了GEFDA传感器，实现了对单个活细胞中ATP水平的实时追踪。通过调控细胞培养基中的葡萄糖或ATP抑制剂浓度，研究人员能够动态观察细胞代谢的变化。这种实时监测能力为研究细胞代谢动态提供了强大的工具。

广阔的应用前景

这项技术的突破不仅在于其创新性，更在于其广泛的应用前景。GEFDA传感器的稳定性和灵活性使其成为代谢物成像的理想选择，可以扩展到多种小分子代谢物的检测。在生命科学研究中，这种实时监测能力将为代谢途径的研究、药物筛选和细胞信号传导分析提供新的视角。

此外，这项技术在疾病诊断和治疗中也展现出巨大潜力。例如，适配体可以作为潜在的识别元件，为血液肿瘤、血友病等血液疾病提供多种治疗和诊断选择。与抗体相比，适配体具有简单的体外筛选和生产过程、易于修饰和偶联、高稳定性和低免疫原性等优势，可以克服目前单克隆抗体治疗的局限性。

研究团队与未来展望

陆艺教授及其团队在核酸适配体领域积累了丰富的经验。他们通过连接能与ATP结合的DNA核酸适配体和增强红色荧光的荧光核酸适配体，成功开发了适用于细菌和哺乳动物细胞的GEFDA传感器，并实现了对ATP浓度的实时成像。这项研究不仅展示了GEFDA传感器在代谢物成像中的强大功能，也为未来开发更多基于核酸适配体的生物传感器提供了新的思路。

德克萨斯大学奥斯汀分校在生物化学和分子生物学领域具有深厚的研究基础，为这项突破性研究提供了有力支持。该校的生物科学学院和工程学院在生物技术、生物医学工程等领域持续领跑，为相关领域的研究提供了良好的学术环境和实验条件。

这项突破性研究不仅展示了GEFDA传感器在代谢物成像中的强大功能，也为未来开发更多基于核酸适配体的生物传感器提供了新的思路。随着技术的进一步完善和应用领域的拓展，我们有理由相信，这种新型传感器将在生命科学研究和医疗诊断中发挥越来越重要的作用。