來源： 新浪財經(jīng)        時間：2021-12-01

       ▎藥明康德內(nèi)容團隊編輯 

        前不久，納米孔技術(shù)的一項重要突破在《科學》期刊發(fā)表，引起關(guān)注。在這項研究中，科學家們首次展示了，使用納米孔技術(shù)不僅可以測出DNA分子的堿基序列，還可以直接讀出蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列。 

       短短一個月不到，納米孔技術(shù)領(lǐng)域的科學家又帶來一項突破性的進展。研究人員以“從頭設(shè)計”（de-novo）的方式，也就是通過人為設(shè)計氨基酸排列，合成出一種人造納米孔。這種人造納米孔可以穩(wěn)定組裝在雙層脂質(zhì)膜中，根據(jù)應(yīng)用目的調(diào)整孔徑的大小，服務(wù)于檢測DNA和蛋白質(zhì)分子的需求。 

       研究成果日前發(fā)表在《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）期刊上。“納米孔傳感技術(shù)是一種強大的工具，無需標記就可進行單分子檢測?！痹撗芯客ㄓ嵶髡摺|京農(nóng)業(yè)技術(shù)大學（Tokyo University of Agriculture and Technology）的Ryuji Kawano教授指出，“這是首次用從頭設(shè)計的納米孔檢測DNA和多肽分子。” 

       生物納米孔技術(shù)通常以天然成孔蛋白為基礎(chǔ)，成孔蛋白形成的通道可供DNA長鏈或多肽鏈分子穿過，由于堿基或氨基酸的不同，會產(chǎn)生相應(yīng)的電流變化，儀器通過識別電信號的變化，就可以推斷出通過納米孔的堿基或氨基酸順序。 

       根據(jù)納米孔測序的這個基本原理，不難看出通道的孔徑大小和化學性質(zhì)，對適用于檢測什么分子是重要的限制。相比有限的天然成孔蛋白，研究人員決定“無中生有”地設(shè)計人工蛋白納米孔，既能模擬天然蛋白的性質(zhì)，又能更好地滿足檢測蛋白質(zhì)分子的需求。 

      為此，這支研究團隊設(shè)計并合成了一種自然界原本不存在的肽，由28個氨基酸組成，命名為SV28。這種肽經(jīng)過彎折，形成一個發(fā)卡結(jié)構(gòu)，插入脂質(zhì)膜。用SV28組裝成的納米孔結(jié)構(gòu)，可以形成幾種不同的孔徑，從1.7納米到6.3納米，適用于檢測DNA分子。 

       研究人員介紹，對SV28的氨基酸進行微調(diào)，還可以改變它的彎折方式，由此組裝形成均勻分散的孔道，每個孔徑1.7納米，適用于檢測單根多肽鏈。 

       接下來，研究團隊還計劃設(shè)計和構(gòu)建更多類型的納米孔，助力蛋白質(zhì)測序、制造分子機器人等。 

▲“從頭設(shè)計”的人工納米孔效果圖（圖片來源：參考資料[2]；

Credit: Ryuji Kawano/Tokyo University of Agriculture and Technology）

       研究人員指出，之所以他們要以“從頭設(shè)計”方式構(gòu)建的人工納米孔，一個重要目標就是希望制造出分子機器，用于更廣泛地檢測不同類型的分子，尤其是用于闡明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。 

       “蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)取決于多肽的線性序列，并產(chǎn)生了蛋白質(zhì)的特定功能。”Kawano教授說道，“獨特的氨基酸序列，來自結(jié)構(gòu)的演變，包括氨基酸殘基隨時間產(chǎn)生的突變和選擇。揭示出序列信息與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是科學的最終目標之一?！?nbsp;

       參考資料：

       【1】 Shimizu, K. et al., (2021) De novo design of a nanopore for single-molecule detection that incorporates a β-hairpin peptide. Nature Nanotechnology. Doi: https://doi.org/10.1038/s41565-021-01008-w 

   【2】For the first time, DNA and proteins sensed by de novo-designed nanopore. Retrieved Nov. 25, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/935907

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