全能核酸酶:生物医药领域的“分子扫帚”,正在清理每一个角落

2026-05-11 09:41:57, Vivian 上海玮驰仪器有限公司


全能核酸酶 

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 “分子扫帚“?

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科普篇





想象一下,在生物医药的微观世界里,有一把神奇的“分子扫帚”。它不分对象、不问来历,只要见到DNARNA的“垃圾”,就高效地将其分解成无害的小片段。这把“扫帚”,就是全能核酸酶。从疫苗生产到基因治疗,从蛋白纯化到细胞制备,全能核酸酶正在悄然改变生物医药的研发和生产格局。今天,我们就来认识这位默默无闻却不可或缺的“幕后英雄”。






01

什么是全能核酸酶?


















全能核酸酶(Universal Nuclease)是一种来自粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)、经基因工程改造的非特异性核酸内切酶。它的“全能”体现在两个方面:


对象全:它能降解所有形式的DNA和RNA——无论是单链还是双链,线状还是环状,天然还是变性。


效果彻底:它可以将核酸完全降解成3-5个碱基长度的5‘-单磷酸寡核苷酸小片段,这些小片段后续很容易被洗脱去除


正是这种“通吃一切核酸”的特性,让全能核酸酶成为生物医药领域不可或缺的工具酶。


02

应用一:疫苗与基因治疗—安全的“守门人”


















在疫苗生产和病毒载体纯化过程中,宿主细胞的残留DNA是一个不容忽视的安全隐患。这些残留DNA可能携带致癌基因,存在理论上的致肿瘤风险。因此,各国药品监管机构对核酸残留都有严格规定。






严格的法规要求

国家药品监督管理局药品评审中心(CDE)发布的指导原则中明确指出,需对DNA残留量和残留片段大小进行控制,建议尽量将DNA残留片段的大小控制在200 bp以下。我国2020年药典将人用狂犬病疫苗(Vero细胞)的DNA残留标准更新为3 ng/剂量。







全能核酸酶如何发挥作用?

在病毒载体(如AAV、慢病毒、腺病毒)生产中,全能核酸酶能够:

✅去除缠绕在病毒颗粒表面的核酸,利于病毒颗粒的释放和纯化✅降低核酸残留导致的免疫原性风险

✅提高病毒回收率,特别是在高盐环境下,耐高盐全能核酸酶的优势更为明显:数据显示,慢病毒上清液经核酸酶处理后,宿主DNA残留可从803.58 ng/mL大幅下降至符合标准的水平。







耐高盐全能核酸酶的突破

传统的全能核酸酶在高盐环境中活性会急剧下降。针对AAV等病毒纯化过程需要高盐环境的特点,科学家开发了耐高盐全能核酸酶。这种酶在500 mM Na⁺浓度条件下酶活最佳,能够有效解决高盐环境下去除残留核酸的难题。



03

应用二:重组蛋白生产——纯化的“清道夫”


















在重组蛋白生产过程中,细胞裂解释放的核酸会带来一系列问题:







粘度问题

高分子量的DNA会使细胞裂解液变得极其粘稠,导致过滤困难、层析柱堵塞,严重影响纯化效率。加入全能核酸酶后,溶液粘度可大幅下降,有助于获得高纯度的目的蛋白。







纯化干扰

核酸会非特异性地与目标蛋白结合,或与层析介质结合,降低纯化得率和分辨率。全能核酸酶通过降解这些核酸,减少了非特异性结合的可能性。


04

应用三:细胞治疗——细胞制备的“防粘剂”


















在细胞治疗产品的制备过程中,细胞聚集是一个常见难题:






改善PBMC细胞聚集

在外周血单核细胞(PBMC)解冻缓冲液中加入全能核酸酶,可以有效防止细胞成团,从而实现PBMC的冷冻保存。这对于CAR-T等细胞治疗产品的制备尤为重要。







清除残留核酸

细胞治疗产品同样需要符合药典纯度要求,在终产品中需确保宿主核酸残留量在安全范围内。在细胞裂解步骤中加入全能核酸酶,可有效清除残留核酸。


05

应用四:实验室研究——样品制备的“优化师”


















在基础科研中,全能核酸酶同样是实验人员的好帮手:






蛋白提取和纯化

从细胞或组织中提取蛋白时,释放的核酸会增加溶液粘度,干扰后续步骤。全能核酸酶能够迅速降解这些核酸,提高蛋白提取效率和回收率。







电泳和色谱样品制备

对于ELISA、柱层析、二维电泳和印迹分析等实验,样品中残留的核酸可能干扰结果。经核酸酶处理后可提高分辨率和回收率。







病原微生物检测

在选择性裂解宿主细胞后,释放的宿主核酸可被全能核酸酶迅速降解,而细菌、真菌等微生物在此过程中几乎无损失,有利于后续病原体检测。


06

选择全能核酸酶的三大考量


















在实际应用中,选择合适的全能核酸酶产品需要考虑三个因素:






盐环境适配

常规全能核酸酶:适用于0-150 mM盐浓度

耐中盐全能核酸酶:在125-250 mM盐浓度(生理盐范围)下最佳

耐高盐全能核酸酶:在300-500 mM高盐环境下保持高活性








应用场景匹配

不同的应用场景对酶的用量和处理条件有不同要求,需根据具体工艺优化酶浓度、作用时间和温度。








质量级别选择

科研级(RUO):适用于基础研究

GMP级:适用于细胞治疗、基因治疗、疫苗生产等临床应用场景,需符合ISO13485质量体系规范


逐典生物蛋白改造平台

逐典生物依托重组蛋白定向改造平台,基于AI酶进化能力,成功开发多款耐高盐全能核酸酶,酶活性高,终产物回收率高,能够特异性适配不同应用场景在病毒纯化、疫苗生产、蛋白和多糖类制药工业作为宿主残留核酸去除试剂,有效去除宿主残留核酸,保证生物制品功效及安全性。


产品特点




(1)高酶活性:中、高盐缓冲液条件下,酶活性高



(2)高回收率:高盐环境下减少核酸缠绕病毒或目的蛋白, 降低AAV等病毒颗粒聚集,提高目的产物回收率



(3)高工艺简便性:下游收获或纯化无需超滤换液或透析脱盐


性能验证数据




(1)Pannarase耐高盐全能核酸酶

Pannarase在150 mM Na+浓度条件下酶活性最高,300 mM时仍有36.2%的活性


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图1.Pannarase耐高盐全能核酸酶耐盐曲线


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图2.Pannarase耐高盐全能核酸酶酶切数据





(2)Pannarase耐高盐全能核酸酶(SAN),更高盐耐受型


Pannarase耐高盐全能核酸酶(SAN),更高盐耐受型在600~700 mM Na+浓度条件下酶活性最高


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图3.Pannarase耐高盐全能核酸酶(SAN),更高盐耐受型耐盐曲线


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图4.Pannarase耐高盐全能核酸酶(SAN),更高盐耐受型酶切数据


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