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金ナノ粒子-タンパク質ナノポアアプローチによる一本鎖DNAの配列特異的検出
Sequence-specific detection of single-stranded DNA with a gold nanoparticle-protein nanopore approach.
PMID: 32647249 PMCID: PMC7347621. DOI: 10.1038/s41598-020-68258-x.
抄録
高速、安価で使いやすい核酸検出法は、様々な病原体によって引き起こされる悪影響を軽減するために重要であり、法医学的調査、食品安全性のモニタリング、または感染症の進化に不可欠である。本研究では、α-ヘモリシン（α-HL）ナノ細孔をベースに、クエン酸アニオンコート金ナノ粒子（AuNP）と組み合わせて、短い一本鎖DNA配列（ssDNA）のナノモル濃度を検出する方法を報告する。コアとなるアイデアは、電荷中性ペプチド核酸（PNA）を相補的なターゲットssDNAのためのハイブリダイゼーションプローブとして使用し、AuNP-α-HL相互作用のイオン電流遮断のシグネチャを記録することにより、PNA-DNA二重体形成時のPNA誘導凝集傾向AuNPを単一粒子レベルでモニターすることでした。このアプローチは、以下のような利点があります。(1)操作が簡単なプラットフォームで、PNAフラグメントに相補的なssDNAの溶液中での存在に関連して、PNAによって誘導されたAuNPs凝集体の明確なサイズの違いに基づいて、明確なリードアウトシグナルを生成する (2)標的ssDNAの高感度かつ選択的な検出 (3)サンプルのラベル付けや信号増幅を行わずに、干渉DNAの存在下での特異的なsDNA検出。タンパク質ナノ細孔ベースのナノ粒子検出と特異的なPNA-DNAハイブリダイゼーションの強力な相乗効果は、検出時間が短く、ラベルフリーの操作で核酸バイオセンシングのための新しい戦略を導入しています。
Fast, cheap and easy to use nucleic acids detection methods are crucial to mitigate adverse impacts caused by various pathogens, and are essential in forensic investigations, food safety monitoring or evolution of infectious diseases. We report here a method based on the α-hemolysin (α-HL) nanopore, working in conjunction to unmodified citrate anion-coated gold nanoparticles (AuNPs), to detect nanomolar concentrations of short single-stranded DNA sequences (ssDNA). The core idea was to use charge neutral peptide nucleic acids (PNA) as hybridization probe for complementary target ssDNAs, and monitor at the single-particle level the PNA-induced aggregation propensity AuNPs during PNA-DNA duplexes formation, by recording ionic current blockades signature of AuNP-α-HL interactions. This approach offers advantages including: (1) a simple to operate platform, producing clear-cut readout signals based on distinct size differences of PNA-induced AuNPs aggregates, in relation to the presence in solution of complementary ssDNAs to the PNA fragments (2) sensitive and selective detection of target ssDNAs (3) specific ssDNA detection in the presence of interference DNA, without sample labeling or signal amplification. The powerful synergy of protein nanopore-based nanoparticle detection and specific PNA-DNA hybridization introduces a new strategy for nucleic acids biosensing with short detection time and label-free operation.