長岡技術科學大學技學研究院機械系莊司觀副教授、研究生院工學研究科尖端工學專業赤井大夢（博士生），與日本東北大學流體科學研究所馬渕拓哉副教授、研究生院工學研究科平野太一（博士生）共同發表研究成果稱，成功開發出可選擇性檢測分子的DNA奈米孔傳感器。通過改變構成該傳感器的適配體鹼基序列，可應用於多種生物分子檢測。預計有望助力藥物研發和疾病診斷。相關研究成果已發表在國際學術期刊《Small》5月2日號的電子版上。
圖1 DNA奈米孔傳感器示意圖。將固定在金針電極尖端的DNA奈米孔物理性插入人工細胞膜，實現分子選擇性奈米孔感測。（供圖：長岡技術科學大學）
奈米孔傳感器是通過薄膜上構成的奈米級孔與目標分子相互作用引起的離子電流變化來檢測目標分子的分子測量技術，已應用於DNA序列分析和蛋白質檢測。從原理上而言可檢測通過奈米孔的各種分子，因此若要實現僅檢測目標分子，就需要定製化奈米孔。
近年來，由DNA構建的可自由調控尺寸、形狀和功能的「DNA奈米孔」在傳感器中的應用備受期待。雖然此前已有能夠誘導響應分子開閉動作的DNA奈米孔的相關報導，但由於人工細胞膜插入效率低，尚未開展傳感器應用必需的分子選擇性和溫度依賴性相關特性的評估。
因此，此次研究團隊利用結構DNA奈米技術，開發出可選擇性響應ATP並動態開閉的DNA奈米孔傳感器。
這種DNA奈米孔由作為離子通道在人工細胞膜中發揮作用的跨膜結構域，和具有能選擇性結合目標分子三磷酸腺（ATP）功能的核酸分子——ATP結合適配體（能與特定分子結合併形成空間結構的核酸分子）構成。
研究團隊利用自主研發的「DNA奈米孔探針技術」，將DNA奈米孔插入人工細胞膜。並通過測量離子電流成功觀察到響應ATP的DNA奈米孔的開閉動作。同時，研究團隊還發現閉合狀態（適配體與ATP結合狀態）的比例隨ATP濃度而變化。
此外，通過利用能夠觀察原子級構造變化的分子動力學模擬，研究團隊成功闡明瞭響應ATP的DNA奈米孔開閉機制的細節。
莊司副教授表示：「本研究全球首次發佈了使用分子響應型DNA結構體的奈米孔傳感器。該傳感器具備高靈敏度、高選擇性和高時間解析度，通過設計適配體序列還可定製分子選擇性，有望成為應用於藥物研發和細胞觀察的生物感測器。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Small
論文：Specific ATP Detection Using Molecule-Responsive DNA Nanopores
URL：doi.org/10.1002/smll.202409293
