dna双链结构模型要点（清华朱听等以镜像DNA聚合酶定向进化生物稳定的镜像DNA适体）

自然界里对称现象起着重要的作用，在人类和动物世界里到处可以看到对称现象，两条胳膊、两条腿、两个鼻孔、两个肺叶、一张漂亮对称的脸。然而抛开人体的外观，很多有机分子都是手性的，就像我们的左右手一样，但自然界的生命倾向于使用一种版本，例如左旋的氨基酸和右旋的DNA链。理论上说，镜像版的分子也能发挥相同的生物学功能，但传统的病毒和酶却可能无法对镜像版的分子发动攻击。核酸适配体（aptamer）是一类能特异性结合靶标分子的单链DNA或RNA分子。传统核酸适配体为天然DNA或RNA，极易被天然核酸酶降解。因此开发筛选镜像DNA适配体（L型DNA适配体）将有助于适配体不被天然核酸酶所识别和降解，从而保证疾病诊断中适配体的稳定性。

2022年6月6日，清华大学的朱听团队在Nature Biotechnology上发表了文章“Directed evolution and selection of biostable L-DNA aptamers with a mirror-image DNA polymerase”，首次建立了镜像结构DNA适配体的定向进化和筛选方案。本文研究者从包含约1014条随机镜像DNA序列的文库中筛选出特异性结合人的凝血酶（human thrombin）的镜像DNA适配体，并开发了基于该适配体的凝血酶传感器、蛋白免疫印迹（Western blot）技术及具有抗凝血作用的凝血酶抑制剂，拓展了镜像生物学系统在疾病诊疗领域的应用。

实现镜像筛选的关键步骤之一是镜像PCR扩增。朱听团队使用该课题组之前报道的镜像DNA聚合酶PCR扩增包含约1014条随机镜像DNA序列的文库，并将其与凝血酶结合，经过多轮结合、洗脱与镜像PCR扩增，得到了特异性结合凝血酶的镜像DNA（图1）。实现镜像筛选的另一个关键步骤是鉴定镜像DNA适配体的序列。作者利用变性梯度凝胶电泳（DGGE）对筛选出的镜像DNA进行分离纯化，并优化了该课题组之前报道的镜像DNA测序技术，鉴定出数个对凝血酶具有高亲和力的镜像DNA适配体序列（图1）。

图1：“镜像筛选（mirror-image selection）”方法示意图

在此基础上，研究者将镜像DNA适配体设计为传感器用于检测人血清中凝血酶的浓度。得益于镜像DNA优异的生物稳定性，镜像DNA适配体传感器在人血清中可长时间稳定存在并准确检测人血清中凝血酶的浓度；而在相同条件下，与之对应的天然DNA适配体传感器很快就被人血清中的核酸酶降解，无法准确检测人血清中凝血酶的浓度（图2）。研究者还用荧光标记的镜像DNA适配体替代传统抗体实现了对凝血酶的蛋白免疫印迹检测（图2）。

图2：基于镜像DNA适配体的凝血酶传感器及蛋白免疫印迹（Western blot）技术

综上，该研究开发了一种镜像核酸的定向进化与镜像DNA适配体的直接筛选方法，为其在疾病诊疗领域的应用提供了新的技术平台。

（曾哲 摘译）