DNAの「呼吸」

DNAの塩基は水素結合で２重らせんを形成し、A（アデニン）はT（チミン）と、G（グアニン）はC（シトシン）と水素結合しています。この塩基対はずっと水素結合しているのではなく、水素結合が形成されたり、解消されたりという平衡状態にあります。

このようにDNA２重らせんの塩基対の水素結合が、数十塩基単位でまとめて開裂したり、戻ったりすることを、DNAの「呼吸」といいます。DNAの呼吸は、DNAの末端でよく生じます。

DNAの末端に結合する分子を合成

DNAに結合する分子であるナフタレンジイミドが２本鎖DNAに平衡挿入されると、塩基対と重なるようにナフタレンジイミドが配置され、２本鎖DNAを安定化します。

私たちは、ナフタレンジイミドを環状にして、DNAの末端の塩基対間に結合するような分子を設計、合成しました。DNAと環状ナフタレンジイミドはDNAが呼吸によって塩基対間の水素結合を開裂したときに結合します。結合の様子はリング状の分子が２つ結合したような形状（カテナン構造）になっているのではないかと予想しています。

ウイルスのDNAを電極上に素早く捕獲

他方、現在のPCR検査は、まず検体に含まれる新型コロナウイルスのRNAからDNAを複製し、微量のDNAを検出できる量まで増やして判定する手法のため、時間とコストがかかることが課題です。

そこで私たちは、電極平面上に環状ナフタレンジイミドを固定化しておき、２重らせんDNAを振りかけると、電極上にDNAが固定化されることを明らかにしました。そしてこの方法を利用して、新型コロナウィルスのPCRサンプルを電極上に固定化して電気化学という方法で検査することで、PCR検査時間をもっと短くすることに成功しました。