近日，化学工程领域国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子13.3）报道了我校“微纳生物技术”创新团队的研究成果“The stage- and kinetics-dependent regulation of highly ordered sequential reactions by liquid-liquid phase separation”中文译名：“ 阶段和动力学依赖地调控高度有序的序列反应通过液-液相分离” (DOI: 10.1016/j.cej.2024.155610)。论文第一作者为生命科学与工程学院2022级硕士研究生马君秋，通讯作者为苑昊老师和孟涛老师，西南交通大学为唯一署名单位和通讯作者单位。
了解液-液相分离（LLPS）的反应动力学、热力学和分子机理对于揭示细胞代谢途径的时空协调具有重要意义，并有可能给诊断和催化等多个领域带来革命性的变化。然而，目前基于 LLPS 的研究主要局限于一或两个步骤的简单模型反应，未能捕捉到理解 LLPS 对复杂反应影响所必需的复杂性，从而阻碍了其广泛的实际应用。在本研究中，通过构建和筛选适当的 LLPS，并以复杂的核酸扩增为例，我们发现 LLPS 可以在稀释环境中富集必要的反应物，从而维持和加速复杂的反应，其富集程度比普通水相系统高出 13 倍。更重要的是，与均匀加速的简单反应不同，LLPS 对复杂反应的加速取决于每个反应阶段的动力学和反应物浓度。此外，通过加入 LLPS 及其阶段特异性因子，我们展示了基于 LLPS 的分子诊断工具的发展，与传统方法相比，它具有更短的检测时间、更高的效率和灵敏度。
图1 在LLPS中进行高度有序的序列反应
文章亮点：①首次报道了在LLPS中进行高度有序的顺序反应；②LLPS对复杂反应的加速并不是连续的，而是取决于每个特定反应阶段的动力学和反应物浓度；③LLPS作为创新性的加速诊断工具，将反应时间显著缩短了27分钟；④基于LLPS的诊断工具可对目标核酸进行定量分析，灵敏度高达 10 copies/μL。
图2 LLPS调控复杂反应的机理
总结展望：本研究揭示了 LLPS 介导的复杂反应的复杂性，并能创造出更准确、更可靠的诊断工具，为诊断学的进步铺平了道路，并为进一步利用 LLPS 拓展了可能性。该研究得到国家自然科学基金项目（22204130, 22378336, 21776230），四川省科技厅重点研发项目（2021YFN0129, 2022NSFSC1211），中央高校基础研究基金（(2682024ZTPY001, 2682023ZTPY048, 2682021ZTPY031）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155610
课题组主页：https://faculty.swjtu.edu.cn/mengtao/zh_CN/index.htm
第一作者简介：马君秋同学，生命科学与工程学院，2022级生物与医药专业硕士研究生，研究生国家奖学金获得者。
文字/苑昊
