メチシリン耐性黄色ブドウ球菌におけるMECA遺伝子の検出のための超高感度電気化学バイオセンサー

電気化学DNAバイオセンサーには、現場での病原性微生物検出に独自の利点がありますが、ゲノムDNA（GDNA）分析に向けた長いDNAの検出は依然として課題です。この作業では、多値署名プローブ（MSP）システムを使用して、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）ゲノムに関するMECA DNAの超感受性分析のための新しい電気化学バイオセンサーを報告します。MSPは、ワイオチン溶解シグナルプローブで構成されており、標的DNAにプレハイブリッド化ステップで標的DNAに結合し、複合体は電極表面のDNA四面体構造プローブ（TSP）によってキャプチャされます。次に、ストレプトアビジン標識HRP酵素の導入後、標的DNAの濃度に対応する触媒電流シグナルが検出されます。この作業のMSPは、7つのビオチンをもたらすことによるシグナル増幅だけでなく、二本鎖DNA分子と複雑な2番目の構造に埋め込まれたターゲット配列のアクセシビリティを劇的に改善するだけでなく、重要な役割を果たします。ここでの3-D DNA TSPは、MSPシステムとGDNAの非常に「大きな」複合体の安定したサポートと最適化された表面密度を、捕獲プローブのベースとして提供します。最後に、10fmの合成ターゲットDNAが正常に検出され、単一信号プローブを使用したものよりも少なくとも3つの大きさが低くなりました。最も重要なことは、57FM MRSA GDNAサンプルを分析して優れた選択性を示すことにより、分析方法の実用性を実証し、分析の信頼性もデジタルPCRによって実証されました。

Electrochemical DNA biosensor has unique advantages for on-site pathogenic microorganism detection, yet the detection of long DNA towards genome DNA (gDNA) analysis remains challenge. In this work, we report a novel electrochemical biosensor for the ultrasensitive analysis of mecA DNA on methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) genome, using a multi-signal probes (MSP) system. The MSP consists of 7 biotin-labelled signal probes that will combine to the target DNA in a prehybridization step, and then the complex will be captured by a DNA tetrahedron structure probe (TSP) on the electrode surface. Then, after the introduction of the streptavidin-labelled HRP enzyme, a catalysis current signal is detected that is found to be corresponding to the concentration of the target DNA. MSP in this work plays a critical role not only for the signal amplification through bringing 7 biotins, but also dramatically improves the accessibility of the target sequence embedded in the double-strand DNA molecules and complex second structures. The 3-D DNA TSP here provides steady support and optimized surface density for the very "large" complex of MSP system and gDNA, as a base of the capture probe. Finally, as low as 10fM synthetic target DNA was successfully detected, which is at least 3 magnitudes lower than that using single signal probe. Most importantly, we demonstrated the practicability of our analysis method by analyzing a 57fM MRSA gDNA sample showing excellent selectivity, and the reliability of the analysis was also demonstrated by digital PCR.