指尖“质谱”：纳米孔技术打造便携肽段质谱仪

　　

质谱仪对蛋白质研究来说可谓是无价之宝，但是它们通常体积庞大，价格昂贵，局限于专门的实验室。当下，生物医学领域的下一个革命直指蛋白质组学——对不同细胞类型中表达的蛋白质进行大规模分析。尽管你的身体里每一个细胞似乎都携带相同的DNA，但不同细胞类型的蛋白质表达差异很大。此外，蛋白质生产出来后会被修饰，添加其他东西影响其功能发挥。

质量

纳米孔技术是一种可以提供分析单个分子的方法。之前的研究，荷兰格罗宁根大学化学生物学副教授Giovanni Maglia实验室表明生物纳米孔可以用来测量代谢物和识别蛋白质和肽。这些孔是结合在一个膜内的大蛋白结构，分子进入或通过小孔时，会引起穿过小孔的电流发生变化。Maglia解释说，测量肽质量的主要障碍是它们通过最小生物孔的速度太快，以至于无法读取。

制造更小的孔是一项挑战。“孔是由许多单体组成的，因此我们最初修改了这些单体之间的相互作用，但这没起作用。将单体与构成膜的大量脂类混合，反而形成的小孔比例更高，这让Maglia团队有了修改膜之间相互作用的思路。”

有史以来最小的孔

然后，Maglia团队制造出了漏斗状的孔，在其狭窄的一端只有0.84纳米，这是有史以来最小的生物孔。“下一个挑战是确保肽能通过孔，无论其化学成分如何，”Maglia解释说。“这些孔带有负电荷，这是它们正常工作所必需的。”

分辨率

不同尺寸的纳米孔的测量表明电流与肽通过的体积成线性关系。这些肽段的长度从4到22个氨基酸不等。氨基酸丙氨酸和谷氨酸之间的差异可以在这个系统中检出，这意味着纳米孔质谱仪的分辨率大约是40道尔顿。“传统质谱仪的分辨率要好得多，但是我们能把它的分辨率提高到这种程度，它就已经能在蛋白质组学研究中起作用了，”Maglia说。“我们还有很多方法能继续改进，比如用人工氨基酸设计纳米孔，在溶液中使用不同离子，改变温度等方法来降低噪音干扰。”

纳米孔系统有几个独特的卖点：测量单分子，商业已经开始推广，而且价格相对便宜；便携，好处不言而喻；可拓展，允许设备使用不同的孔，您可以同时测量不同大小的肽甚至肽修饰。所有的一切都说明，多用途、便携、廉价的多肽质谱仪是可行的，越来越多实验室能够负担得起进行非常重要的蛋白质组学研究的经费。

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原文检索：原文检索：FraC nanopores with adjustable diameter identify the mass of opposite-charge peptides with 44 dalton resolution. Nature Communicationsvolume 10, Article number: 835 (2019)

（生物通：伍松）