汞离子介导的DNA自双链体稳定性研究：基于单分子蛋白质纳米孔传感技术的胸腺嘧啶位置与数量效应分析

本研究通过单分子纳米孔电生理技术，首次揭示了Hg2+可稳定无法常规杂交的DNA自双链体。团队设计含不同数量/位置胸腺嘧啶(T)的DNA片段，发现中央T-Hg2+-T配对的双链易解旋，而末端配对的则展现显著刚性。该发现为开发无标记纳米孔金属离子传感器和DNA自识别技术提供新思路。

　　

在生命科学领域，金属离子与DNA的相互作用一直是研究热点。汞(Hg)作为剧毒重金属，不仅能与DNA直接结合形成胸腺嘧啶-汞-胸腺嘧啶(T-Hg²⁺-T)非经典碱基对，还可能影响基因表达和DNA构象。尽管前人通过紫外吸收、荧光光谱等技术研究了金属-DNA相互作用，但传统方法难以在单分子水平实时观测动态过程。特别是在DNA自组装和纳米传感器开发领域，精确控制T-Hg²⁺-T配对的稳定性仍面临挑战。

为探究这一科学问题，研究人员采用α-溶血素(α-HL)纳米孔单分子检测技术，设计了两组不同T分布特征的15nt DNA片段：ssDNA_1（TAGTGTTGCTATCAC）和ssDNA_2（ATCACCGT CGTAGTT）。通过系统改变Hg²⁺浓度（0-175μM），在0.5M KCl缓冲体系中进行纳米孔电生理实验，记录DNA与纳米孔相互作用的电流信号特征。关键技术包括：脂质双分子层构建、单通道电流记录（Axopatch 200B放大器）、事件 dwell time 分析等。

研究结果部分，3.1章节显示：含中央T-Hg²⁺-T的DNA_1双链体（4个T-Hg²⁺-T+2个C-G）在100μM Hg²⁺下停留时间达193.16ms，比无汞时提高134倍。电流阻断分析（ΔI/I₀=0.933）证实其易从松散末端解旋，符合"分子拉链"模型。而3.2章节发现：含末端T-Hg²⁺-T的DNA_2双链体（3个T-Hg²⁺-T+6个C-G+2个A-T）呈现"软木塞"效应，在+140mV电压下仅16.27ms停留但完全阻塞孔道（ΔI/I₀=0.841），电压升高时阻塞时间反而延长，表明其结构刚性显著增强。

结论部分指出，T-Hg²⁺-T配位化学具有显著位置效应：中央配位促进动态重组，适合传感器开发；末端配位增强结构刚性，适用于分子焊接。该工作发表于《Biosensors and Bioelectronics》，不仅为重金属检测提供新方法，更揭示了核酸自组装工程的精确调控原理，在环境监测、DNA纳米技术和基因诊断等领域具有重要应用价值。特别是通过单分子技术直观比较不同构型能量景观的创新方法，为后续金属核酸化学研究建立了范式。