Nat Commun：基于DNA杂交理论模型，构建高通量突变检测体系

来源：X一MOL资讯

原标题：华中科技大学肖先金课题组Nat Commun：基于DNA杂交理论模型，构建高通量突变检测体系

核酸杂交是互补的核苷酸序列通过碱基互补配对原则形成稳定的杂合双链核酸分子的过程。基于碱基互补配对原则的核酸杂交过程具有高度的特异性和灵敏性。因此，可以基于核酸杂交来构建已知序列及功能的核酸探针等工具对待测核酸序列进行特异性检测。进而对癌症等疾病进行早期诊断、基因分型、精准治疗、预后评估等。

在核酸探针检测体系中加入竞争链是提高核酸探针检测能力的常用手段。它可以改变核酸杂交过程的热力学，大幅增强核酸探针的检测特异性。

然而，随着竞争链的长度和浓度的变化，检测体系的灵敏度和特异性呈现负相关，造成体系的优化过程极为繁琐复杂，极大地限制了核酸探针在高通量检测中的应用。

近日，华中科技大学肖先金课题组构建了竞争性DNA杂交理论模型，从热力学和动力学角度揭示了竞争性检测体系的灵敏度和特异性呈负相关性。课题组发明了四向链置换引导竞争DNA检测系统 (4-way Strand Exchange LEd Competitive DNA Testing system, 4-way SELECT system) 成功打破灵敏度和特异性的负相关性。实现了在统一条件下、无优化、高特异性地检测16个热点人类基因组突变，并且使用该方法检测出卵巢癌患者血液样本中存在的突变基因，验证了体系的临床实用性。相关研究结果发表于Nature Communications。

课题组首先针对常规的分子信标-竞争链组合检测体系构建了热力学模型，观察该体系的灵敏度和特异性关于竞争链长度及浓度变化的关系，证明了其灵敏度和特异性的负相关性。

通过对传统探针-竞争链组合检测体系的进一步分析，课题组发现热力学上的负相关和动力学“陷阱”（kinetic trap）共同作用造成了灵敏度的下降。在热力学、动力学模型指导下，课题组将竞争链限制在链迁移区域，在反应过程中形成四向链置换过程，构建了4-way SELECT系统，并从理论和实验上证实了4-way SELECT体系打破了灵敏度和特异性之间的负相关性。

随后，课题组检验了4-way SELECT系统的突变检测性能，该系统对各型突变检测效果良好，并且能够检测到低至0.1%的低丰度突变。基于该系统所具有序列设计和条件优化过程简单易行的巨大优势，课题组在统一条件下、无优化、高特异性地检测了人类基因组中16个热点突变。证明该体系有望应用于高通量检测领域。对卵巢癌患者的血液样本中基因组DNA突变基因的检测结果表明，该体系具有极高的临床实用性。

肖先金课题组自2016年7月成立以来，在生命科学技术领域内已发表多篇论文，建立了坚实丰厚的理论和技术基础。肖先金副教授本、硕、博均毕业于北京大学，是华中科技大学同济医学院生殖健康研究所2016年引进人才，目前主持了国家自然科学基金青年项目、面上项目，湖北省重大科技攻关子课题等8个项目，获得了武汉市晨光计划、华中科技大学学术新人奖等人才奖励。入职三年来，发表第一作者论文1篇，通讯作者论文10篇，包括Nature Communications、Nucleic Acids Research、Chemical Science、Analytical Chemistry、Chemical Communications 等。

本工作受到了北京大学化学与分子工程学院赵美萍教授课题组、华中科技大学附属协和医院妇产科汪宏波教授课题组的大力支持和协作，得到了国家自然科学基金委面上项目、青年项目，湖北省自然科学基金青年项目，湖北省重大科技攻关项目子课题，武汉市青年科技晨光计划的经费支持。