选择性检测仅立体化学不同的小分子亲水代谢物是生物传感器开发中的重大挑战。本文通过计算研究阐明一种蛋白基电化学生物传感器对肌醇（myo-inositol）相对于 D-手性肌醇（D-chiro-inositol）表现出实验选择性的分子基础。两种立体异构体仅一个羟基取向不同，却对蛋白识别元件产生不同动态效应。分子对接显示二者结合区域和亲和...
嗅觉受体（ORs）是A类G蛋白偶联受体（GPCRs）中最大的亚家族，但已解析的三维结构很少。为有效发现新型气味分子并阐明其结合模式及激活/失活机制，需要基于结构的虚拟筛选和更深入的构象认识。本文提出一种结合AlphaFold2、分子模拟和虚拟筛选的协议，用于构建目标嗅觉受体OR9Q2与激动剂结合时的激活态模型。研究定义了配体稳定持续...
研究单克隆抗体（mAbs）在固/液界面的分子构象，对理解 mAb 溶液稳定性及推进 mAb 生物传感器开发至关重要。本文以人源 IgG1κ 单克隆抗体 COE-3 为对象，在中子反射（NR）与分子动力学（MD）模拟结合下，考察其在 SiO2/水界面 pH 5.5 和 pH 9 条件下的 pH 依赖构象可塑性。结果表明，pH 5.5 ...
连接蛋白（Cx）形成缝隙连接通道（GJC）和半通道（HC），介导细胞间及胞内外溶质交换。编码Cx32的GJB1基因突变导致X连锁Charcot-Marie-Tooth 1型（CMTX1），目前缺乏有效治疗。施万细胞中Cx32半通道可能通过增强Ca2+信号参与髓鞘形成；p.S85C、p.D178Y、p.F235C等突变可产生渗漏或高活...
心血管疾病每年导致约47万例死亡，其中心肌梗死占49.2%，人肌钙蛋白I（cTnI）是诊断心肌梗死的关键生物标志物。基于肽的生物识别元件具有合成容易、成本低、稳定性好和分子量小等优点，是开发快速、高效、选择性cTnI检测方法的潜在候选，但相关研究仍不足。为此，本研究采用生物信息学方法设计新的cTnI生物传感器候选肽，并提出新的计算优...
皮质醇是评估压力的可靠生物标志物，推动通过外泌汗液检测它的可穿戴传感器研究。由于汗液中皮质醇含量极低，通常为8–140 ng/mL，开发此类生物传感器需要具有合适灵敏度和选择性的生物受体。本文提出一种系统仿生方法和半自动高通量筛选工具，用于快速选择生物受体，替代从头计算肽学设计。首先从蛋白质数据库筛选候选蛋白，通过分子对接和Auto...
本工作理论确定了基于鸟嘌呤分子通过不同有机连接基吸附在金表面形成的自组装单层复杂体系的一电子氧化电位与电荷转移机制。通过经典分子动力学模拟采样中性与阳离子物种的构象空间，并在Marcus理论框架下结合先前发展的加和方案，采用多尺度量子力学/分子力学/连续溶剂化模型计算对几何系综的氧化还原电位。该过程同时考虑构象采样、环境描述以及连接...
DNA在纳米导线和电化学生物传感器等新兴应用中的发展，要求深入理解沿DNA链的电荷转移过程及其氧化还原性质。本文结合分子动力学、多层量子力学/分子力学方案和Marcus理论，对覆盖所有核苷酸二元组合的六种双链DNA模型进行计算模拟与详细分析。研究重点为双链DNA的一电子氧化电位和氧化后空穴的离域行为。结果表明，与单链DNA相比，双链...
甾体微生物细胞工厂生产雄烯二酮（androst-4-ene-3,17-dione，AD）需要转录因子（TFs）参与代谢调控。然而，微生物细胞工厂缺乏可有效响应其代谢途径中 AD 的转录因子，且寻找和获得特异性响应 AD 的天然转录因子是一项复杂而繁重的任务。本研究基于结构引导的分子动力学（MD）模拟，设计了一种响应 AD 的人工转录...
由 SARS-CoV-2 引发的新冠疫情使伊维菌素（IVM）能否用于预防和治疗该病毒成为国际争议焦点。IVM 是 FDA 批准的抗寄生虫药，并显示一定抗病毒活性。本研究旨在利用氨基丙基硅烷（APS）疏水生物传感器模拟 SARS-CoV-2 受体结合域（RBD）与人体血管紧张素转换酶 2（ACE2）受体之间的疏水相互作用，考察 RBD...
我们开发了用于尼古丁检测的荧光蛋白传感器，并提高了其灵敏度。在 pH 7.4 下，iNicSnFR12 的 ΔF/F0 对尼古丁浓度的比例常数（δ-slope）为 2.7 μM−1，比先前报道的 iNicSnFR3a 高 6.1 倍。iNicSnFR12 激活态的荧光量子产率至少为 0.6。我们对尼古丁诱导的吸收增强和荧光增强测得相...
本文旨在通过计算筛选低成本肽受体，用于环境中新污染物农药的灵敏检测。作者以蛋白数据银行中 Lymnaea stagnalis 乙酰胆碱结合蛋白 Q55R 突变体与吡虫啉复合物（PDB: 3WTH）为起点，利用 PLIP 分析农药与 A、B、C 链相互作用区，选取三条短肽 YSP09、DRM12 和 WQW13。分子对接显示三者可与吡...
细菌中特化的传感机制使其能在高度异源污染环境中以高选择性识别同源配体，并将这些配体用作能源。本文通过整合全原子计算机模拟、生化实验和等温滴定量热（ITC）测量，阐明了酚生物传感器 MopR 在配体进入过程中的复合选择机制的分子基础。结果表明，MopR 的配体进入路径上存在一组策略性布置的选择性过滤，它们像检查点一样，根据芳香配体的化...
传染病如 COVID-19 对公共卫生和全球经济的负面影响显而易见。该疫情给科学界带来重大挑战，需要开发新的实用分析方法以准确诊断新发病例。由于抗原/抗体相互作用具有选择性和敏感性，亟需基于此类相互作用检测 COVID-19 生物标志物的新方法。在此背景下，理论与计算建模可减少实验工作量并节约资源，用于理性生物传感器设计。本研究提出...
本文以生物素–链霉亲和素体系为概念验证，报道了一种可捕获目标蛋白的理性设计金表面功能化生物传感器。作者开展多尺度模拟，以阐明链霉亲和素在四种不同生物素化金表面上的结合机制：布朗动力学模拟用于揭示链霉亲和素在表面的优先初始取向，经典分子动力学模拟用于优化结合构象，并研究结合过程中的基本作用力与结合动力学。实验上采用带耗散监测的石英晶体...
小汗液因其非侵入、可周期性获取且与血浆相关性有限，是生理与代谢生物标志物可穿戴生物传感器设计的理想替代诊断体液。本文旨在建立小汗液的 in silico 分子模型，以辅助葡萄糖、皮质醇等候选分析物的传感器开发。研究首先验证分子动力学中常用水模型，采用 TIP3P 与 SPC/E 两种三站点刚性水模型，并结合 CHARMM36m 力场...
本研究报道了一类双吲哚马来酰亚胺（Bisindolylmaleimides, BIMs）化合物作为钙调蛋白（calmodulin, CaM）潜在抑制剂的分子水平相互作用。BIMs 是源自斯他唑星（staurosporine）的药物原型，其中 BIM II、IV、VII、X 和 XI 首次被提出并报道为可能的 CaM 抑制剂。研究采用...
对氙核磁共振（Xe NMR）生物传感器中能量学与动力学进行微观描述在实验上较难实现。本文在显式水溶剂中对原型 Xe@cryptophane-A（CrA）生物传感器体系进行了分子动力学（MD）和元动力学（MTD）模拟。作者计算了氙的非共价结合自由能，识别了氙的包合/解离机制，并计算了水分子在溶液与宿主空腔之间的交换动力学。研究首次识别...
荧光标记的溶质结合蛋白可因配体结合而改变荧光输出，被广泛用于多种生物传感器。作者此前开发了“计算识别非干扰连接位点”（CINC）方法，利用分子动力学模拟快速设计和构建蛋白–荧光团偶联型生物传感器。本文报告了用于CINC的改进计算评分算法FScore2.0，并据此构建了一组寡半乳糖醛酸检测生物传感器。该算法重点分析蛋白空载态与配体结合...
计算方法可显著辅助核酸荧光实验，既能提供研究体系构象与相互作用的原子级细节，也能准确模拟基本参数。基于荧光的光学生物传感器在严重疾病临床诊断中具有高特异性潜力，许多设计依赖 Förster 共振能量转移（FRET）。目前实验方法依赖若干理论假设，这些假设会根本影响结果。若获得详细的原子级概览或重要模拟参数，可改善对计算的理解并给出更...