新纳米孔首次具备感知DNA和蛋白质的能力

　　

   

   

包含β-发夹肽的用于单分子检测的纳米孔从头设计

日本的研究人员设计了第一个由氨基酸链组成的自底向上设计的肽，它可以形成人工纳米孔来识别和实现脂质膜中遗传物质的单分子分类。

生物纳米孔通常是由形成孔的蛋白质形成的通道，可以检测特定的分子，但这种天然通道很难识别，限制了低成本、快速DNA测序、小分子检测等方面的应用。

“纳米孔传感是无标记单分子检测的强大工具，”通讯作者、日本东京农业技术大学(TUAT)教授Ryuji Kawano说。“这是第一次使用从头设计的纳米孔来检测DNA和多肽。”

他们在11月22日的《Nature Nanotechnology》杂志上发表了他们的发现。

据Kawano说，新设计的纳米孔是“从头开始”建造的，有可能模仿天然蛋白质及其检测特定蛋白质的能力。关键的是，Kawano说，它们还可以被设计成人工分子机器，能够检测更大范围的分子——这可能有助于阐明目标蛋白质的结构和功能之间的联系。

Kawano说:“蛋白质的折叠结构由它们的线性多肽序列决定，并产生特定的蛋白质功能。”他指出，所有蛋白质都有独特的结构和大小。“这种独特的初级结构是结构进化的结果，例如随着时间的推移氨基酸残基的突变和选择。揭示这种基本信息和蛋白质结构之间的关系是科学的终极目标之一。”

为了开发大型合成纳米孔，以便更好地检测和识别实际应用中的分子，Kawano和团队设计了一种名为SV28的肽。由于氨基酸的两臂弯曲成尖锐的角度，末端有特定的电荷，通过施加电压可以精确地控制发夹状肽的方向。该肽可以组装形成大小为1.7 - 6.3纳米的纳米孔结构，适用于DNA分子的检测。

研究人员还通过添加一种突变来修改SV28，这种突变可以使肽结构以特定的方式弯曲和扭曲。由此产生的多肽形成均匀分散的孔，每个孔的直径为1.7纳米，能够检测单个多肽链或蛋白质的一半。

这一成果可用于促进对蛋白质结构与功能关系的理解。

下一步，该团队计划设计多种多肽和蛋白质来构建不同类型的纳米孔，以帮助肽测序，像分子机器人一样操作，等等。

De novo design of a nanopore for single-molecule detection that incorporates a β-hairpin peptide