近日，重庆师范大学生命科学学院动物健康与食品安全创新团队乐涛教授指导的博士研究生陈卓尔以第一作者完成的研究论文“Systematic Scanning Mutagenesis Unveils the Structure–Function Landscape Enabling Aptamer Evolution”，被美国化学会旗下的分析化学领域国际顶级期刊《Analytical Chemistry》（中国科学院分区一区Top期刊，自然指数期刊，IF=7.3）接收并发表。

适配体作为人工合成的单链寡核苷酸，被誉为“化学抗体”，在生物传感和靶向治疗领域具有广阔的应用前景。然而，如何高效地将适配体的结构与功能相关联，实现理性工程化改造，一直是领域内长期存在的瓶颈问题。传统的结构解析手段如核磁共振和X射线晶体学虽能揭示适配体结构，却要求较高的专业技术门槛且成本昂贵，难以被大多数研究者所掌握；而计算模拟方法对具有变构行为的小分子结合适配体的预测能力仍然不足。这使得适配体的后续改造往往依赖于试错法，效率低下。

针对这一核心难题，研究团队创造性地提出了“适配体结构-功能景观”（structure-function landscape）的全新概念。具体而言，团队以能识别多种四环素类抗生素的OTC2适配体为模型，通过系统性的单点扫描突变，逐一评估每个核苷酸对靶标结合能力的贡献，并将这些功能信息精准映射到二级结构之上，首次绘制出了适配体的“结构-功能景观”。这一景观图谱清晰地标定了关键结合位点与可工程化改造的可变区域。

适配体结构-功能景观的绘制

基于适配体结构-功能景观，研究团队仅对OTC2适配体的5个核苷酸进行了组合突变，便成功获得了进化型适配体OTC2M1。实验表明，OTC2M1不仅亲和力显著增强，结合动力学也大幅提升，其结合速率常数（k_on）较原始适配体提升了约3倍。团队进一步通过二级与三级结构预测揭示，突变破坏了原始适配体中一个关键茎环结构的严格碱基配对，使得结合区域更为柔性和可及，从而降低了靶标结合所需的构象变化能垒。

更为重要的是，性能的提升直接转化为了传感应用的优势。研究团队将OTC2M1与响应型适配体DAP-1042融合，构建了新型适配体开关。该传感器对四环素类抗生素的检测灵敏度较原始适配体构建的传感器实现了40倍的提升（检测限从132.8 nM降至3.3 nM），线性范围扩大了一个数量级。在实际湖水样本的加标回收实验中，该传感器也表现出了良好的抗干扰能力和实用潜力。

适配体开关检测土霉素的原理与性能

本研究首次提出了适配体“结构-功能景观”的概念，建立了一条“景观绘制-精准设计-功能进化”的理性工程化改造路线。这一策略不仅成功提升了OTC2适配体的性能，更为其他适配体的理性改造提供了可复制、可推广的方法论框架。研究团队指出，随着不同适配体景观数据的积累，未来有望结合机器学习方法解码序列-功能的映射规律，甚至实现无需实验筛选的适配体从头设计。

重庆师范大学生命科学学院动物健康与食品安全创新团队实验室长期从事核酸适配体的筛选、改造及其在食品安全与环境监测领域的传感应用研究。近年来，团队在国家自然科学基金项目、重庆市科技局项目、重庆市教委科学技术研究计划项目的联合资助下，聚焦适配体结构-功能关系解析、高性能生物传感器的开发等科学问题，依托标准化实验平台开展系统研究，产出多篇高水平学术论文。本次研究成果的发表，体现了学院在病原微生物检测、食品安全、分析化学与化学生物学交叉领域的研究实力，也展示了实验室在适配体理性设计与应用转化方向的持续创新能力。

供稿：动物健康与食品安全创新团队

一审一校：朱  波

二审二校：乐  涛

三审三校：付长波