黄硕、王玉琴团队Angewandte Chemie：利用纳米孔直接确定糖苷键连接方式

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糖类物质是自然界中广泛分布的一类有机化合物，在多种生理和病理过程相关的生物信息储存和传递中起着重要作用。但由于其结构的复杂性，多糖的结构与功能关系的研究具有挑战性，这激发了糖测序的诸多尝试。然而，由于单糖亚基种类繁多、支链结构和立体异构复杂，糖测序的发展明显落后于核酸和蛋白质的测序技术。
       相邻单糖亚基之间的糖苷键连接方式的确定是糖测序的一个技术瓶颈。糖苷键通常是由环状单糖的异头碳上的羟基与相邻单糖上的羟基或氨基脱水缩合而成。由于异头碳存在手性，以及单糖存在多个羟基和氨基位点，两个单糖之间可以形成多种糖苷键。基于色谱、质谱和核磁的传统糖类分析方法分辨率有限，难以直接区分不同糖苷键连接的糖异构体。纳米孔技术凭借其高分辨率在核酸和蛋白质测序领域取得瞩目进展，为纳米孔糖测序带来了希望。
        近日，我院黄硕教授团队报道了一种单一苯硼酸内嵌的异质耻垢分枝杆菌膜蛋白A纳米孔（MspA-PBA），利用苯硼酸和顺式二醇的可逆相互作用实现了三种最常见的二糖异构体即蔗糖、乳糖和麦芽糖，以及六种仅糖苷键不同的α-D-吡喃葡萄糖基-D-果糖异构体的同时区分（图1），机器学习辨别准确度高达99%。这是纳米孔首次报导糖苷键的鉴定，展现了纳米孔技术在糖类分析中的出色分辨率，大大推动了纳米孔糖测序的进程。

图1：六种α-D-吡喃葡萄糖基-D-果糖异构体的纳米孔检测

        随后作者将该方法用于商业无蔗糖酸奶的糖类快速分析，同时检测到异麦芽酮糖、乳糖和乳酸的存在，证明了该技术可以对混合样品中的糖类物质进行平行化检测，展现了该技术在食品监测等领域也具有巨大优势和应用前景。
        该工作以“Discrimination of Disaccharide Isomers of Different Glycosidic Linkages Using a Modified MspA Nanopore”为题，于2023年12月20日在《Angewandte Chemie》发表相关论文 (DOI: 10.1002/anie.202316766)。我院黄硕教授和南京大学环境与健康研究院王玉琴助理教授为该论文唯一通讯作者，我院博士生张善雨、硕士生曹祯媛和博士生樊萍萍为该论文共同第一作者。此项研究得到了生命分析化学国家重点实验室以及南京大学化学和生物医药创新研究院(ChemBIC) 的重要支持，科技部国家重点研发计划（项目编号：2022YFA1304602）、国家自然科学基金（项目编号：22225405，31972917，22306089）、中央高校基本科研业务费资助项目（项目编号：020514380257）、江苏省高层次创业创新人才引进计划（个人、团体计划）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK20200009）、南京大学生命科学分析化学国家重点实验室（项目编号：5431ZZXM1902），中国博士后科学基金资助项目（项目编号：2021M691508，2022T150308）等经费支持。
        文章来源：南京大学
         黄硕，南京大学教授、博士生导师,2006年于南京大学物理系获得物理学学士学位；2011年于美国亚利桑那州立大学获得生物物理学博士学位； 导师是Stuart Lindsay教授；2011年至2014年在英国牛津大学从事博士后研究工作，导师是Hagan Bayley教授。 2015年7月应聘南京大学化学化工学院教授。现从事主要科研方向为具有仿生学概念的单分子纳米孔生物传感器的 新仪器，新技术的开发。以及基于纳米孔的单分子显微成像技术。其中在纳米孔单分子成像方面具有原创性技术， 具有国际前沿研发水平。目前已于国际权威期刊Nature Nanotechnology, Nano Letters, Journal of Physical Chemistry C, Nanotechnology, Review of Scientific Instrument发表论文9篇。总引用大于500次。 其中以第一作者发表Nature Nanotechnology 2篇，并入选2010年12月刊封面。已授权国际专利两项，并分别 转让Roche,OxfordNanopore Technologies等企业。