GO上での鎖交換反応を利用する高感度遺伝子検出





 1本鎖DNAは、塩基部位との疎水性相互作用等により酸化グラフェン(GO)表面に吸着する。一方、2本鎖DNAは塩基部位が構造内側に隠れるため、GOとの相互作用は弱い。GOは強力な消光能をもつため、GOに蛍光ラベル化1本鎖DNA(プローブ)を吸着させると、その発光は抑制される。そこに相補鎖(cDNA)を添加すると、二本鎖形成にともないプローブが溶液中に遊離するため、蛍光が回復する。この原理を利用し、様々なバイオセンサーの開発が試みられているが、しばしば標的DNAの塩基配列と関係ない非特異的なプローブの脱着が問題となる。本研究では、プローブはアンカーDNAとの二本鎖としてGO上に固定化する。アンカーDNAは突出した長い一本鎖部分を有し、この部位とGOとの相互作用によりプローブは間接的にGO上に固定化される。cDNA添加により、GO上での鎖交換反応を利用することで認識特異性が向上することを期待した(図)。

 5’末端FITCラベル化プローブDNAfDNA)をGOに吸着させた後、cDNAを添加したところ、fDNAが溶液中に遊離して蛍光が回復した。しかし、非相補的DNAncDNA)を添加した場合にも、非特異的な脱着によって、蛍光強度の顕著な増加が確認された。一方、アンカーDNAを用いてfDNAGO上に固定化した場合、cDNA添加時に非特異的な交換反応が抑制されること、ならびにGO表面からの脱着が促進されることがわかった。ここで、fDNAの脱着にはGOが直接関与することはなく、またプローブに導入したtoehold部分を調整することで、生じる二本鎖の熱安定性、形成速度を合理的にチューニングすることも可能である。