今日，頂尖學(xué)術(shù)期刊在線發(fā)表一篇重要論文——科學(xué)家首次使用納米孔技術(shù)，以單氨基酸的分辨率，對(duì)蛋白質(zhì)序列進(jìn)行了直接讀取，可謂是納米孔技術(shù)一大重量級(jí)的概念驗(yàn)證。

說到納米孔技術(shù)，很多人會(huì)想到DNA測(cè)序。的確，在這一領(lǐng)域，納米孔技術(shù)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。它的原理也很容易理解——當(dāng)長(zhǎng)鏈DNA分子通過納米尺寸的空隙時(shí)，會(huì)隨著堿基的不同，產(chǎn)生相應(yīng)的電流變化。而通過儀器識(shí)別這種電流變化，就可以反推出相應(yīng)的堿基，從而還原DNA的序列。

可能有人會(huì)問，蛋白序列不是由DNA序列決定的嗎？既然已經(jīng)能對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序了，我們?yōu)樯队忠y(cè)蛋白序列呢？這是因?yàn)樽罱K蛋白產(chǎn)物并不總與DNA所編碼的相一致，有一些蛋白還會(huì)發(fā)生翻譯后的修飾。

▲納米孔技術(shù)對(duì)DNA測(cè)序的示意圖（圖片來源：DataBase Center for Life Science (DBCLS), CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons）

那納米孔是怎么用在蛋白質(zhì)序列的讀取上的呢？第一作者Henry Brinkerhoff博士解釋說，大的原則還是沒有變化。我們可以將組成蛋白質(zhì)的多肽鏈看成是一串項(xiàng)鏈，項(xiàng)鏈上的珠子就是尺寸大小各異的氨基酸。

而測(cè)序的過程，就是將多肽鏈穿過納米孔，也就好比是項(xiàng)鏈穿過下水管道。如果珠子比較大，堵住了管道，那么流通的水就會(huì)變少。相反，如果珠子比較小，那么流過的水就會(huì)變多。通過比較水流的變化，就可以精準(zhǔn)地分析出通過下水管道的珠子順序。

在實(shí)際操作中，儀器檢測(cè)的是離子的流動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)，以此推出通過納米孔的氨基酸的先后順序。

在論文里，科學(xué)家們證明了這一技術(shù)的精準(zhǔn)性。一條DNA-多肽偶聯(lián)物被拖過由MspA蛋白組成的納米孔后，能準(zhǔn)確讀出多肽上的氨基酸序列。而倘若更改了其中的一個(gè)氨基酸，機(jī)器也能準(zhǔn)確地識(shí)別出這一變化。

▲黃色的DNA與紫色的多肽相偶聯(lián)，在紅色的酶的拖動(dòng)下，偶聯(lián)物穿過湖綠色的納米孔，并讀出不同氨基酸產(chǎn)生的信號(hào)（橙色發(fā)光部位）（圖片來源：Cees Dekker Lab TU Delft / SciXel.）

研究人員們還指出，這一技術(shù)的另一大亮點(diǎn)在于能反復(fù)讀取一條多肽鏈序列，進(jìn)行平均處理，獲得幾乎100%準(zhǔn)確的氨基酸順序。論文摘要提到，在單氨基酸的檢測(cè)上，錯(cuò)誤率可以低于10的負(fù)6次方。

注：原文有刪減

參考資料：

[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

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