南湖新闻网讯（通讯员 秦余庆）近日，Trends in biotechnology期刊在线发表了华中农业大学生命科学技术学院、农业微生物学国家重点实验室、湖北洪山实验室胡涌刚和李英俊团队题为“Emerging Argonaute-based nucleic acid biosensors”的综述文章，该研究系统介绍了原核生物Argonaute的作用机理及当前基于原核生物Argonaute蛋白的核酸生物传感技术的开发现状，讨论和展望了Argonaute蛋白作为新兴的生物传感器技术的挑战和前景，并为今后该领域的研究提出了新方向。
在全球SARS-CoV-2疫情爆发的背景下，开发准确、快速、满足多位点检测的方法具有十分重要的意义。近年来，基于CRISPR-Cas系统的核酸检测技术吸引了全球众多科学家的研究兴趣，但由于CRISPR-Cas存在的PAM序列依赖性及难以实现多靶标检测等缺陷，制约了其更广泛的应用。
Argonaute(Ago)系统属于生命三域中普遍编码的核酸酶家族，负责调节胞内核酸水平。Ago蛋白结合小的DNA或者RNA形成沉默复合体，能特异性识别和切割靶标序列。近年来，一些Ago蛋白在体外表现出核酸催化活性，并被用于SARS-CoV-2、癌症早期诊断、短链核酸检测、细胞内定位以及多靶标检测(图1)。
图1 基于Ago蛋白的核酸分子检测技术
该文全面梳理了基于Ago蛋白的生物传感技术具有的优势。一是通过与指导链的碱基互补配对识别靶标链，不需要PAM序列；二是利用短的DNA或者RNA作为指导链，设计简单，成本较低；三是 Ago蛋白对靶标核酸特定位点的识别具有高保真性，能够用于单碱基突变检测；四是通过设计多对指导链，单一Ago蛋白能够应用于多靶标检测。同时，文章也提出了基于Ago蛋白的生物传感技术目前还面临的一些技术问题，比如基于Ago蛋白的检测方法通常需要扩增步骤，Ago蛋白的分子和功能机理需要进一步研究等。
此外，文章为基于Ago蛋白生物传感技术未来的研发方向提出了建议。一是开发基于常温Ago和工程化Ago（同时具有热稳定性和常温催化活性）的生物传感器；二是利用Ago的结合活性，用于临床诊断、基因组鉴定、测序等；三是通过与智能核酸（如aptamer、DNAzyme等）相结合，应用于临床诊断、食品安全、环境保护等领域中的非核酸靶标检测（如蛋白质、细菌、金属离子等）；四是通过引入纳米技术、先进的信号读出方式，提高Ago检测技术的灵敏度，实现自动化检测。
文章最后指出，基于Ago蛋白的生物传感器为我们提供了快速、可编程和高度特异性的病原体、基因分型、罕见突变、以及多靶点检测技术。在复杂检测环境下，面对特殊检测靶标，Ago作为下一代的核酸生物传感器具有广阔的开发和应用前景。
生命科学技术学院胡涌刚老师课题组博士生秦余庆为论文第一作者，胡涌刚教授和李英俊研究员为该文共同通讯作者。
胡涌刚老师课题组主要从事基于新型生物材料、生物技术的传感技术开发及相关机制研究，曾在Trends in biotechnology、Green Chemistry、Journal of Hazardous Materials、Analytica Chimica Acta、Journal of Environmental Chemical Engineering等国际期刊发表研究成果。
李英俊课题组主要从事微生物遗传生化与应用技术研究，在微生物宿主防御系统CRISPR-Cas、anti-CRISPR和Argonaute等分子机制及其在基因编辑、分子检测等应用领域取得了一系列研究成果。近年来共发表第一和通讯作者论文8篇、撰写英文专著2章，申请发明专利6项，主持国家自然科学基金2项，省部级科研项目3项。在国际上率先利用原核生物内源的I型和III型CRISPR-Cas系统开发了基因组编辑技术（Li et al., 2016, Nucleic Acids Res; 发明专利：ZL201510639204.4），同时利用CRISPR-Cas9系统开发了噬菌体基因组编辑技术（Chen…Li*, 2021, CRISPR-Cas methods）；系统研究了冰岛硫化叶菌III-B型CRISPR-Cas10(Cmr-α)系统的RNA干涉和靶标RNA激活的DNA干涉活性，并首次揭示了CRISPR-Cas10系统crRNA加工及捕获靶标RNA的机制与模式（Li#, Zhang# et al., 2017, Nucleic Acids Res; Han#, Li# et al., 2017, Nucleic Acids Res; Pan…Li*, 2019, RNA biol）；率先提出了利用耦联噬菌体和CRISPR-Cas系统防治结核分枝杆菌的策略（Li* and Peng*, 2019, Front Microbiol; Jiang…Li*, 2021, CRISPR-Cas methods），并发现氨基糖苷类抗生素对分枝杆菌噬菌体侵染的抑制作用（Jiang…Li*, 2020, Antibiotics）。
两个课题组结合自身科研优势，成立了CRISPR/Ago分子检测技术研发小组，面向国家重大战略需求，聚焦人类生命健康重大问题，瞄准肿瘤核酸标志物、病原微生物、重金属以及各类生物活性分子的临床和现场快检技术展开科技攻关，本次研究是两个科研团队合作共进的起点。
本研究得到了国家自然科学基金、湖北省重点研发计划项目和华中农业大学-中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作基金的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.03.006
审核人： 李英俊
