中科院深圳先进院马英新团队开发新冠S蛋白检测的比率荧光免疫新方法
生物世界
生物世界
生物世界
微信号
ibioworld
功能介绍
生物世界重点关注最具转化应用前景和价值的生命科学前沿研究,深度访谈和报道生命科学领域前沿学者及创新企业
近日,中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所
马英新
课题组在国际学术期刊
Sensors and Actuators B: Chemical
上发表了题为:
Construction of ratiometric Si-Mn:ZnSe nanoparticles for the immunoassay of SARS-CoV-2 spike protein
的研究论文。
该研究开发了一种
比率型荧光探针
(Si-Mn:ZnSe NPs)
,通过结合酶联免疫反应
(ELISA)
模型,建立了一种新冠病毒
(
SARS-CoV-2
)
刺突蛋白
(S蛋白)
的免疫荧光检测方法。
以SARS-CoV-2假病毒和VSV-G假病毒作为实际样本考察该方法的传感性能,结果显示该方法对SARS-CoV-2假病毒响应特异性良好,具有与商品化试剂盒相当的检测灵敏度,为诊断SARS-CoV-2感染提供了一种可靠的潜在思路。
S蛋白是新冠病毒侵染过程中的关键成分,具有识别目标细胞和促进膜融合的作用。因此,快速检测S蛋白对新冠疫情的防控至关重要。
图1:SARS-CoV-2表面的S蛋白(Acta Pharmacol Sin 2020, 41, 1141-1149,)
目前,新冠感染早期诊断的主流方法有三种,包括
分子检测
(检测病毒RNA)
、
抗体检测
(检测IgG和IgM抗体)
和
抗原检测
(检测病毒蛋白)
。相比其他两种方法,抗原检测特异性好且反应时间短,在大批量SARS-CoV-2阳性筛查中,已得到广泛应用。当下市场上的抗原自测试剂盒多数依托
胶体金免疫测流层析
技术,灵敏度低限制了其应用场景。
量子点
(QDs)
具有吸收光谱宽、斯托克斯位移大、荧光强度高和生物毒性低的优势,是一类理想的荧光探针,在生化分析领域得到广泛应用。据研究,荧光法的灵敏度是比色法的10~100倍,荧光免疫分析有望提升病毒抗原检测的灵敏度。本研究构建的比率荧光法采用Si-Mn:ZnSe NPs双发射探针,相当于在检测系统中添加了一项内标校准,解决了单发射探针强度受环境变化、探针浓度变化和仪器波动的影响较大的局限性,具有灵敏度高、稳定性好的优点。
图2:(A)Si-Mn:ZnSe NPs探针构建;(B)比率荧光ELISA法检测SARS-CoV-2 S蛋白原理。通过形成固定化CAT的免疫复合物,可将检测S蛋白含量转化为检测体系内H2O2含量。
根据上述原理图,该团队通过Si dots和Mn:ZnSe QDs的自组装作用制备了Si-Mn:ZnSe NPs探针。首先考察了Si-Mn:ZnSe NPs的荧光强度对
H
2
O
2
浓度的响应。随着
H
2
O
2
浓度从0μmol/L增加到50μmol/L, Si-Mn:ZnSe NPs在610nm处的荧光被明显猝灭,而440nm处的荧光没有明显变化。这证明通过比率荧光的方法检测体系中的H2O2浓度是可行的
(图3)
。过氧化氢酶
(CAT)
可以催化H
2
O
2
分解,因此,CAT介导的ELISA可以用于S蛋白的免疫分析。
图3:Si-Mn:ZnSe NPs对H2O2响应的荧光光谱
在最优反应条件下,S蛋白浓度与Si-Mn:ZnSe NPs的荧光强度比呈线性关系。如图4A和4B所示,随着S蛋白浓度从0.05ng/mL增加到300ng/mL, Si-Mn:ZnSe NPs在610nm处的荧光发射强度逐渐增强。如图4C所示,lg(S)与荧光信号比(F610/F440)在0.05~10ng/mL范围内呈良好线性关系
(y = 0.2318x + 0.3378, R2 = 0.9904)
。图4D显示,S蛋白浓度与荧光信号比(F610/F440)在5~50ng/mL范围内呈良好线性关系
(y = 0.0116x + 0.4479, R2 = 0.9987)
。本方法对S蛋白检出限为0.032ng/mL。
图4:不同浓度SARS-CoV-2 S蛋白存在下Si-Mn:ZnSe NPs的荧光光谱(A)与信号比(B);SARS-CoV-2 S蛋白浓度与荧光信号比的线性拟合(C-D)
前期工作中,该团队将SARS-CoV-2 S蛋白整合到HIV假病毒合成系统中,构建SARS-CoV-2 S蛋白假病毒
(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 21, 24477-24486.)
。
本研究以上述SARS-CoV-2 S蛋白假病毒作为实际样本模型考察了本方法的准确性与重现性,并与商品化试剂盒检测结果进行对比
(图5)
。结果显示,所建比率荧光ELISA法测定的S蛋白浓度与商品化试剂盒相似,表明该方法具有较高准确性。构建VSV-G假病毒作为阴性对照,采用比率荧光ELISA法检测SARS-CoV-2假病毒和VSV-G假病毒中的S蛋白,结果如图6所示,10组SARS-CoV-2假病毒均有检出,而10组VSV-G假病毒均无检出,表明该方法对SARS-CoV-2 S蛋白检测具有较高的特异性。
图5:商品化试剂盒和本方法测定SARS-CoV-2假病毒S蛋白的结果。n.s.表示不显著,*表示p<0.05。
图6:比率荧光ELISA法检测SARS-CoV-2假病毒和VSV-G假病毒S蛋白的结果
本研究以水热法制备了Si dots,水浴法制备了Mn:ZnSe QDs,通过二者静电相互作用自组装合成具有良好pH稳定性和光稳定性的Si-Mn:ZnSe NPs。H
2
O
2
可以特异性猝灭探针位于610nm处的荧光而对440 nm处的荧光无影响。在ELISA体系中,通过固定化CAT免疫复合物巧妙地将检测S蛋白浓度转化为检测体系内
H
2
O
2
浓度。结果显示,在0.05~10ng/mL和5~50ng/mL浓度范围内,S蛋白浓度与荧光信号比(F610/F440)呈良好线性关系,检出限为0.032ng/mL。构建SARS-CoV-2假病毒作为实际样本模型,所构建方法的检测结果与商品化试剂盒相当。综上,所构建的比率荧光ELISA方法对SARS-CoV-2 S蛋白具有较高准确性和特异性,可作为一种新型诊断方法协助病毒感染筛查。
马英新
副研究员为本文通讯作者,
毛国斌
副研究员与研究助理
李艺芳
为论文共同第一作者,团队其他成员及合作者均为本研究做出了重要贡献。该项目得到了国家重点研发计划项目,国家自然科学基金项目,中国科学院青年创新促进会,广东省自然科学基金项目,广东省合成基因组学重点实验室等项目的资助。
论文链接
:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400522009480
PI与课题组简介
马英新
博士,中国科学院深圳先进技术研究院副研究员,国家重点研发计划青年首席科学家,博士生导师,近5年主持国家重点研发计划青年项目、国家自然科学基金青年项目、广东省杰出青年基金项目、深圳市优秀科技创新人才培养项目、中科院深圳先进院优青项目和博士后科学基金面上项目,并获批了中国科学院青年创新促进会、深圳市高层次人才、博士后创新人才支持计划等人才计划。以第一/通讯作者身份在 J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、ACS Nano、Sci. China-Life Sci.、Anal. Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces 等国际著名杂志发表论文20余篇。
实验室主要研究方向是假病毒平台的构建及应用、单病毒标记与示踪、病毒的药物筛选及疫苗研发;新型电化学/荧光探针技术的开发、病毒高灵敏检测方法的开发。
课题组长期面向1)假病毒平台的构建及应用、单病毒标记与示踪、病毒的药物筛选及疫苗研发,2)新型电化学/荧光探针技术的开发、病毒高灵敏检测方法的开发方向
招聘博士后
和
研究助理
,有意申请者请将个人简历(要求为PDF)以邮件方式发送至:
yx.ma1@siat.ac.cn
。
实验室主页:http://isynbio.siat.ac.cn/Malab/
开放转载
欢迎转发到朋友圈和微信群
微信加群
为促进前沿研究的传播和交流,我们组建了多个
专业交流群
,长按下方二维码,即可添加小编微信进群,由于申请人数较多,添加微信时请备注:
学校
/
专业
/
姓名
,如果是
PI
/
教授
,还请注明。
点
在看
,传递你的品味
预览时标签不可点
微信扫一扫
关注该公众号
继续滑动看下一个
轻触阅读原文
生物世界
向上滑动看下一个
知道了
微信扫一扫
使用小程序
取消
允许
取消
允许
:
,
。
视频
小程序
赞
,轻点两下取消赞
在看
,轻点两下取消在看
分享
留言