基于Exo III消化与计算机模拟的SARS-CoV-2功能优化适体工程：阻断Spike-ACE2互作及生物传感检测

推荐：本研究针对适体结构-功能关系不明及构象动态变化机制不清的难题，创新性结合Exo III消化与计算机模拟技术，对SARS-CoV-2刺突蛋白S1亚基的母体适体Apt2进行定向优化。获得高亲和力衍生适体Seq3（Kd=4.99±0.38 nM），其阻断RBD-ACE2结合的IC50达6.28 nM，并成功构建镍掺杂ZIF-8框架（NZIF-8）封装的比率型荧光适体传感器（LOD=47.69 pg/mL），为病毒防控提供新型分子工具。

　　

在新冠疫情持续影响的背景下，病毒检测与治疗面临两大核心挑战：一是传统抗体存在生产成本高、稳定性差等局限，二是现有检测技术如qPCR操作复杂、胶体金试纸条灵敏度不足。适体（aptamer）作为单链DNA/RNA分子，虽具有体积小、易修饰等优势，但其开发受限于构象动态机制不明和SELEX筛选技术固有的序列丢失问题。这些瓶颈严重阻碍了高功能适体的工程化应用。

针对上述问题，中国的研究团队在《Materials Today Bio》发表了一项突破性研究。他们开创性地将外切酶III（Exo III）消化特性与计算机模拟（in silico）技术结合，首次阐明适体-靶标互作的三维构象转换机制，并成功开发出能同时实现SARS-CoV-2精准检测和感染阻断的双功能适体工具。

研究采用四项关键技术：1）Exo III酶切分析揭示母体适体Apt2的"诱导契合"结合模式；2）分子对接预测Apt2与S1蛋白RBD结构域的4个关键结合位点；3）定向突变/截短设计8种衍生序列（Seq1-Seq8）；4）构建镍掺杂沸石咪唑酯框架（NZIF-8）封装的比率荧光传感器。通过酶联寡核苷酸吸附试验（ELONA）验证，优化后的Seq3对S1亲和力（K_d=4.99±0.38 nM）较母体提升39%，在血清环境中保持81%的结合效率。更关键的是，其阻断RBD-ACE2结合的半数抑制浓度（IC₅₀=6.28 nM）达到母体的2倍效能。

研究结果部分：
3.1节通过非变性PAGE电泳发现，S1蛋白可诱导Apt2的3'端构象变化，使其从抗Exo III消化的单链状态转为易被消化的双链状态，首次证实SARS-CoV-2适体存在"诱导契合"机制。
3.2节显示突变体Seq1/Seq3的3'端始终保持双链特性，揭示其采用"构象选择"模式，这种结合模式的转变使Seq3在血清环境中稳定性显著提升。
3.5节的竞争结合实验证实，Seq3对RBD-ACE2互作的阻断效率达77%，其分子机制通过3D模拟揭示：Seq3的25G-26A-28G-29G位点与RBD形成更多氢键网络。
3.6-3.7节开发的NZIF-8-Rho-Apt传感器创新性地利用Seq3门控效应，当结合病毒时引发荧光染料Rhodanine（Rho）释放，通过F₅₈₀/F₄₅₉比率变化实现检测，对灭活病毒（InCov-2）的检测限低至47.69 pg/mL，较商业试纸条灵敏度提升200倍。

这项研究的意义在于：1）建立首个整合实验与计算的适体优化范式（post-SELEX），为其他病原体适体开发提供通用方法；2）Seq3双功能特性突破现有检测/治疗分子"专一性"局限；3）NZIF-8传感器无需病毒预处理，在咽拭子样本中回收率达96.99%，为现场检测提供新方案。特别是适体构象转换机制的解析，填补了核酸分子识别动态过程的理论空白。未来可进一步探索Seq3在活病毒中和实验中的效果，以及该策略在流感病毒等新兴病原体防控中的应用潜力。