Primer exchange reaction-amplified protein-nucleic acid interactions for ultrasensitive and specific microRNA detection

异源双工 核酸 底漆(化妆品) 小RNA 化学 DNA 生物传感器 计算生物学 生物 生物化学 基因 有机化学
作者
Min Fang,Fengfei Liu,Dan Fang,Yu Chen,Yuanhang Xiang,Hui Zhang,Minmin Huang,Xiaojie Qin,Linghui Pan,Fan Yang
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier]
卷期号:230: 115274-115274 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.bios.2023.115274
摘要

Protein-nucleic acid interactions are not only fundamental to genetic regulation and cellular metabolism, but molecular basis to artificial biosensors. However, such interactions are generally weak and dynamic, making their specific and sensitive quantitative detection challenging. By using primer exchange reaction (PER)-amplified protein-nucleic acid interactions, we here design a universal and ultrasensitive electrochemical sensor to quantify microRNAs (miRNAs) in blood. This PER-miR sensor leverages specific recognition between S9.6 antibodies and miRNA/DNA hybrids to couple with PER-derived multi-enzyme catalysis for ultrasensitive miRNA detection. Surface binding kinetic analysis shows a rational Kd (8.9 nM) between the miRNA/DNA heteroduplex and electrode-attached S9.6 antibody. Based on such a favorable affinity, the programmable PER amplification enables the sensor to detect target miRNAs with sensitivity up to 90.5 aM, three orders of magnitude higher than that without PER in routine design, and with specificity of single-base resolution. Furthermore, the PER-miR sensor allows detecting multiple miRNAs in parallel, measuring target miRNA in lysates across four types of cell lines, and differentiating tumor patients from healthy individuals by directly analyzing the human blood samples (n = 40). These advantages make the sensor a promising tool to enable quantitative sensing of biomolecular interactions and precision diagnostics.
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