▎药明康德内容团队编辑
今日,顶尖学术期刊在线发表一篇重要论文——科学家首次使用纳米孔技术,以单氨基酸的分辨率,对蛋白质序列进行了直接读取,可谓是纳米孔技术一大重量级的概念验证。
说到纳米孔技术,很多人会想到DNA测序。的确,在这一领域,纳米孔技术已经得到了非常广泛的应用。它的原理也很容易理解——当长链DNA分子通过纳米尺寸的空隙时,会随着碱基的不同,产生相应的电流变化。而通过仪器识别这种电流变化,就可以反推出相应的碱基,从而还原DNA的序列。“在过去的30年里,纳米孔DNA测序技术已经从一个想法,发展成了实际的工作设备,”本研究的通讯作者Cees Dekker教授说道, “这也带来了手持的纳米孔测序仪,能服务于数十亿美元的基因组学市场。在我们的论文里,我们拓展纳米孔技术,使其能读取单个蛋白质。对于蛋白质的基础研究和医学诊断来说,这技术可能有重要的意义。”可能有人会问,蛋白序列不是由DNA序列决定的吗?既然已经能对DNA进行测序了,我们为啥又要去测蛋白序列呢?这是因为最终蛋白产物并不总与DNA所编码的相一致,有一些蛋白还会发生翻译后的修饰。
▲纳米孔技术对DNA测序的示意图(图片来源:DataBase Center for Life Science (DBCLS), CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons)
那纳米孔是怎么用在蛋白质序列的读取上的呢?第一作者Henry Brinkerhoff博士解释说,大的原则还是没有变化。我们可以将组成蛋白质的多肽链看成是一串项链,项链上的珠子就是尺寸大小各异的氨基酸。而测序的过程,就是将多肽链穿过纳米孔,也就好比是项链穿过下水管道。如果珠子比较大,堵住了管道,那么流通的水就会变少。相反,如果珠子比较小,那么流过的水就会变多。通过比较水流的变化,就可以精准地分析出通过下水管道的珠子顺序。在实际操作中,仪器检测的是离子的流动产生的电信号,以此推出通过纳米孔的氨基酸的先后顺序。在论文里,科学家们证明了这一技术的精准性。一条DNA-多肽偶联物被拖过由MspA蛋白组成的纳米孔后,能准确读出多肽上的氨基酸序列。而倘若更改了其中的一个氨基酸,机器也能准确地识别出这一变化。
▲黄色的DNA与紫色的多肽相偶联,在红色的酶的拖动下,偶联物穿过湖绿色的纳米孔,并读出不同氨基酸产生的信号(橙色发光部位)(图片来源:Cees Dekker Lab TU Delft / SciXel.)
研究人员们还指出,这一技术的另一大亮点在于能反复读取一条多肽链序列,进行平均处理,获得几乎100%准确的氨基酸顺序。论文摘要提到,在单氨基酸的检测上,错误率可以低于10的负6次方。利用这一技术,未来我们有望分析在细胞中存在的大量蛋白。研究人员们指出,自从被细胞合成之后,蛋白就会经历一系列变化,影响它们的功能。了解这数千万个不同蛋白的序列,有望对其功能进行更好地探索。当然,要准确地还原蛋白的面貌,科学家们还有不少路要走。但至少,他们已经找到了前进的方向。参考资料:
[1] Henry Brinkerhoff et al., (2021), Multiple rereads of single proteins at single–amino acid resolution using nanopores, Science, DOI: 10.1126/science.abl4381
[2] Scanning a single protein, one amino acid at a time, Retrieved November 4, 2021, from https://www.eurekalert.org/news-releases/933889
本文来自药明康德内容微信团队,欢迎转发到朋友圈,谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求,请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求,请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。
免责声明:药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的,文中观点不代表药明康德立场,亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导,请前往正规医院就诊。
大脑逻辑 | 母爱 | 脑细胞 | 阿兹海默病血检 | 孤独 | 可乐 | 生酮饮食 | 阿尔茨海默病病毒假说 | 大脑抗衰老 | 麦克阿瑟天才奖 | APP蛋白 | 畅游大脑 | 细菌感染假说 | 睡眠与心血管疾病 | 电击提高记忆力 | 明星抗抑郁药 | 重新定义生死 | 脑机接口 | 分子蓝图 | 不睡会死 | 突破血脑屏障 | 清除困意 | 被忽视的白质