#文献分享# 最新Angew！微塑料的核酸适配体筛选
推荐语
适配体到目前为止，的确算不上一个成功的研究对象，毕竟整个行业的产值摆在那里。不过依然吸引了众多人研究，一个重要的原因是，适配体蕴藏着无限的可能性，可以做一些之前想做，但抗体等做不了的事，这才是适配体的独特价值和它的独特魅力。
这篇文章是针对微塑料来筛选适配体，微塑料的适配体对环境监测意义重大。作者获得了识别微塑料的适配体，虽然它们在未来实际应用中能否发挥大用还不好说，但本文还是给我们提供了一个新的方向。
适配体的靶标几乎是只有你想不到，没有筛不到的。譬如针对金属离子、小分子、蛋白质、细胞、组织切片、活体、血液等均有成功筛选出相应适配体的报道。
关于适配体的争论，我们相信仍会延续很久，也会不断有人去探索，未来会怎样，历史会有定论。当下而言，这种未来的不确定性，正是很多人愿意探索的原因。
扩展知识：也有报告微塑料抗体的文献，参见文末
今天给大家介绍一篇发表在Angewandte Chemie International Edition上的文章Selection of Plastic-Binding DNA Aptamers for Microplastics Detection。这篇论文主要介绍了通过指数富集配体系统进化技术（SELEX）筛选出对聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）微塑料具有高亲和力的DNA适配体，该适配体有望应用于环境中微塑料的检测。
研究背景
表面结合亲和配体在定向组装、生物传感器开发和药物递送等方面具有重要意义，而DNA适配体因其可编程结构、高稳定性、易修饰和低成本等优点备受关注。此前已针对多种表面和材料进行了适配体筛选，塑料作为一种重要材料，其微塑料污染已成为全球性环境问题，因此开发针对塑料和微塑料的DNA适配体具有重要环境意义。
研究目的
本研究旨在于运用SELEX技术，筛选对PVC和PS微塑料具高亲和力的DNA适配体。明确筛选可行性，表征其结合特性与机制，评估不同条件下性能，探索在微塑料检测中的应用，为解决微塑料污染提供检测手段及理论支撑。
研究内容
1. 筛选塑料结合DNA适配体的可行性
图1. （A）在缓冲液中存在200 mM Na、2 mM Mg²⁺或2 mM Ca²⁺时，单链DNA在不同微塑料上的吸附百分比
微塑料尺寸大，需区分特异性和非特异性DNA吸附，合适的吸附强度条件下可获得适配体。本研究选择PVC作为弱DNA吸附目标，PS作为中等吸附目标进行SELEX，使用Tween 80可从微塑料中释放吸附的DNA。
2. PVC微塑料的DNA适配体筛选
图1.（B）本研究中获取微塑料适配体的SELEX步骤示意图。
图2. （A）聚氯乙烯微塑料的拉曼指纹光谱和分子结构。（B）对聚氯乙烯微塑料进行10轮筛选后，富集文库中5个最丰富序列的比对。（C）由Mfold预测的PVC1的二级结构。
用含随机DNA序列的文库与PVC微塑料孵育，经多轮筛选后对富集文库测序，发现丰富序列富含嘧啶，如PVC1序列，其二级结构为含胞嘧啶丰富环的发夹结构。
3. PVC高亲和力适配体结合特性
图3. （A）本研究中使用的FAM标记的适配体、突变体和随机DNA序列及荧光测定的示意图。碱基配对区域加下划线。（B）100 nM各种FAM标记的DNA与5 mg聚氯乙烯微塑料的结合。F0是100 nM DNA的荧光强度。（C）FAM标记的PVC1和rDNA1与5 mg聚氯乙烯微塑料的吸附等温线。
PVC1适配体与PVC结合能力是随机序列DNA（rDNA1）的六倍，结合等温线符合Langmuir模型，计算得结合常数为109 nM，表明其对PVC的结合更强。
PVC1适配体突变体结合能力与PVC1相似，聚T和聚C同聚物的结合实验证实了T和C碱基对适配体与PVC结合的重要性。
PVC1适配体对PVC来源通用性高，小颗粒PVC微塑料结合能力更强。
4. 适配体对塑料的选择性
图4. （A）所测试的各种塑料和非塑料材料的结构。（B）100 nM FAM标记的PVC1适配体与5 mg各种微塑料以及一些非塑料材料的结合。（C）在各种微塑料上预先吸附的PVC1适配体中加入200 nM未标记的rDNA2所引起的PVC1置换。较低的置换表明PVC1具有较高的结合亲和力。（D）PVC1适配体和rDNA1与5 mgPVC、PS、PP、PC或PET塑料的结合比较。蓝色条代表PVC1和rDNA1与每种塑料结合的差异，这代表了PVC1适配体对每种塑料材料的选择性。
PVC1适配体对PVC和PS结合能力相当，对PP、PE等结合较少，对PC结合稍多，对PET和PETG结合较多但亲和力低。PVC1适配体对PDA等非塑料材料结合较少，证实了其对塑料的特异性结合。rDNA1在PVC和PS上非特异性吸附低于适配体，表明可通过比较适配体与随机DNA荧光差异检测目标塑料。
5. 分子动力学模拟理解适配体结合机制
图5. （A）适配体与PVC结合的吸附总能量以及静电/范德华力成分；（B）在不同分子动力学阶段适配体在聚氯乙烯上吸附结构的详细示意图；（C）在分子动力学模拟期间适配体与聚氯乙烯结合的均方根波动。
分子动力学模拟显示，适配体在353K时开始吸附于PVC，冷却至253K时稳定吸附，主要由范德华力驱动，结合位点位于环区，PS上吸附过程类似。
6. PS微塑料的DNA适配体筛选
图S7（A）对PS微塑料筛选10轮后富集文库中5个最丰富的序列对比。（B）PVC1适配体结合PS微塑料的吸附等温线。
以PS微塑料为目标筛选，发现富集序列与PVC筛选结果相同，PVC1适配体与PS结合等温线符合Langmuir模型，结合常数为125 nM。
7. 适配体检测微塑料
图6. （A、B）将结合的PVC1适配体的荧光强度与PVC或PS微塑料浓度相关联的校准曲线。（C）在各种样品与1 µM PVC1适配体孵育后，在显微镜下检测PVC微塑料。PVC微塑料可与PE微塑料和二氧化硅微粒区分开来。
PVC1适配体与PVC/PS浓度增加时荧光信号增强，线性范围达约10mg，检测限分别为0.5mg（PVC）和0.6mg（PS），在废水样本中也有相似响应。
光学显微镜下，结合适配体的PVC微塑料有强荧光，PE微塑料荧光可忽略，该方法可特异性识别微塑料。
研究结论
扩展文献
下面是关于微塑料抗体的相关文献，供大家参考。
Liu Cao, Ximin Zeng, Jun Lin,Generation of polystyrene-specific antibodies for developing immunoassays to analyze microplastics and nanoplastics, Chemical Engineering Journal，2023, doi.org/10.1016/j.cej.2023.142843.
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