近日，精密測量院李從剛研究團(tuán)隊與中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心趙強等研究團(tuán)隊合作，利用核磁共振方法解析了黃曲霉毒素B1的核酸適體的高分辨溶液結(jié)構(gòu)，揭示了核酸適體高親和識別的分子機制。相關(guān)研究發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。

　　核酸適體是一類能特異性識別靶標(biāo)的寡核苷酸片段，具有廣泛的靶標(biāo)范圍，被譽為化學(xué)家的抗體，在生化傳感、藥物開發(fā)等方面具有廣泛的潛在應(yīng)用。核酸適體的結(jié)構(gòu)是理解其靶標(biāo)識別機制、優(yōu)化改造核酸適體、開發(fā)應(yīng)用傳感檢測方法以及基于人工智能預(yù)測結(jié)構(gòu)、設(shè)計核酸適體的重要基礎(chǔ)。然而，由于當(dāng)前核酸適體的結(jié)構(gòu)研究仍面臨很大挑戰(zhàn)，致使結(jié)構(gòu)和識別機制研究相對匱乏。

　　黃曲霉毒素是食品中常見的小分子污染物，該毒素存在20多種衍生物，其中黃曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）是目前發(fā)現(xiàn)的致癌性最強的天然毒素，被世界衛(wèi)生組織的癌癥研究機構(gòu)劃定為Ι類致癌物, 嚴(yán)重威脅人類及動物的健康和生命安全。因此AFB1的檢測對于食品安全、環(huán)境監(jiān)測至關(guān)重要。具有26個堿基的核酸適體AF26是小分子核酸適體領(lǐng)域為數(shù)不多的具有高親和力的代表，具有良好的應(yīng)用前景。然而,該適體高親和識別AFB1的分子機制一直不清楚。

　　研究團(tuán)隊通過液體核磁共振方法解析了適體AF26與AFB1復(fù)合物在溶液中的高分辨結(jié)構(gòu)，闡釋了高親和識別的分子機制。發(fā)現(xiàn)在沒有AFB1的情況下，游離的AF26適體可形成簡單的莖環(huán)結(jié)構(gòu)（圖1）。結(jié)合AFB1后，AF26上由16個殘基組成的環(huán)區(qū)完成從非結(jié)構(gòu)態(tài)到結(jié)構(gòu)態(tài)的自適應(yīng)構(gòu)象轉(zhuǎn)變，通過G·C配對以及G·G·C三聯(lián)體形成了一個發(fā)卡、兩個凸環(huán)結(jié)構(gòu)。發(fā)卡和凸環(huán)合圍形成了AFB1的結(jié)合口袋。AFB1上下被G·C配對和G·G·C三聯(lián)體夾擊，側(cè)面被五個未配對的T堿基如同“腰帶”一樣纏繞，通過堆積、供體原子-π、疏水等相互作用緊密結(jié)合。同時，研究人員也通過一系列突變對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗證，并且基于高分辨結(jié)構(gòu)進(jìn)一步闡釋了適體區(qū)分AFB1和其一個原子差別的同系物AFG1的分子機制，通過精準(zhǔn)突變提升了適體對兩種毒素的區(qū)分能力。該研究不僅有助于更好地理解適體的高親和識別機制，同時也為適體的設(shè)計、修飾改造及應(yīng)用開發(fā)奠定了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

　　核酸適體AF26-AFB1復(fù)合物的高分辨核磁共振結(jié)構(gòu)

　　該研究以“Structural Basis for High-Affinity Recognition of Aflatoxin B1 by a DNA Aptamer”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上，精密測量院為該工作的第一完成單位，精密測量院研究員徐國華和博士生王晨，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心博士生于皓為共同第一作者，研究員李從剛和中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的研究員趙強為通訊作者。  

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和科技部的項目支持。

　　論文鏈接: https://doi.org/10.1093/nar/gkad541