UNIST·高丽大学研究团队，低成本高效锁定“DNA-蛋白质相遇位点”

Published 04 Mar.2025 09:04(KST)

Updated 01 Aug.2025 06:21(KST)

open/close

UNIST与高丽大学研究团队开发DNA-蛋白质结合位点提取优化技术

病原性解析与生物铸造领域源头技术…刊登于《Nucleic Acids Research》

在阐明细菌致病性发现场机制和生物铸造（Biofoundry）技术中，用于寻找并分析附着在DNA上的蛋白质结合位点的技术十分重要。如今，研究团队开发出一种新技术，即便使用远少于以往的样本量，也能精准分离这些结合位点。

UNIST能源化学工程系的 Kim Donghyeok 教授团队与高丽大学生命科学部的 Lee Eunjin 教授团队共同开发出一种“微型”染色质免疫沉淀法（ChIP-mini），在使用的细胞数量比传统方法减少5000倍的情况下，仍能对DNA中特殊蛋白质的结合位点进行高分辨率分析。

UNIST 能源化学工学系教授 Kim Donghyeok。

存储遗传信息的DNA呈碱基分子长链状。细胞通过将称为转录因子的特殊蛋白质结合到DNA的特定位置上，来调控基因的表达。

染色质免疫沉淀法（ChIP）是一种只分离与DNA结合的这些特殊蛋白质，并据此寻找其所结合DNA片段的技术。本次开发的“ChIP-mini”技术利用约480万个细胞，比现有技术所需细胞数减少约5000倍，就能以单个碱基对（1 base pair，约0.34纳米）级别的精度分离结合位点。

借此，即使多个蛋白质结合在彼此相距很近的位置，也能将各自的结合位点准确区分并加以分析。以往最新的实验方法ChIP-exo要获得类似水平的精度，大约需要100亿至1000亿个细胞。

联合研究团队从宿主体内分离出引发感染的极少量沙门氏菌，定量分析了菌体内部两种特殊蛋白质（H-NS、RpoD）在DNA上的结合位置及结合强度变化，从而验证了ChIP-mini技术的性能。

沙门氏菌在宿主巨噬细胞外时，通过让H-NS蛋白牢固结合于DNA来抑制致病基因的表达；但一旦成功进入宿主细胞，便降低H-NS蛋白的结合强度，同时结合RpoD蛋白，以选择性激活致病基因。这是一种调控机制，避免在宿主细胞外不必要地暴露致病性，从而招致宿主免疫攻击。

由于沙门氏菌以极微量的形式在宿主细胞内部建立感染，过去采用ChIP实验法时，宿主细胞内沙门氏菌数量不足，难以开展上述分析。用于定量分析的，是研究团队自主开发的统计程序DiffExo。

此外，ChIP-mini技术的单次分析成本也降至以往的1/12以下，约为2万韩元。

利用优化后的 ChIP-mini 实验方法解析沙门氏菌在巨噬细胞内外的 DNA 结合蛋白结合位点。

共同第一作者、UNIST的 Park Junyoung 博士表示：“如果将本次开发的技术与下一代测序（NGS）自动化平台结合，就能在生物铸造开发中，以低成本、快速地生产大规模的结合数据，从而取得优势。”他还表示：“目前正在开展与下一代测序仪（NGS）自动化设备兼容性的后续研究。”

共同第一作者 UNIST博士 Park Junyoung。

生物铸造是指像运营半导体代工厂一样利用细菌等微生物生产高附加值蛋白质等产品的技术。为实现微生物基因编辑和最优电路设计，必须掌握海量的结合数据。

Kim Donghyeok 教授表示：“这是在阐明致病性微生物基因表达网络以及发掘生物部件等生物铸造领域中，具有源头技术价值的研究。”

该研究成果已于2月10日发表在国际学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。研究工作得到了科学技术信息通信部生物与医疗技术开发项目以及国家研究基金会基础研究室支援项目的资助。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。