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2015值得关注的技术:用纳米孔检测蛋白

来源:生物通
摘要:2015开年第一期《NatureMethods》杂志除了评出2014年度技术以外,还对一些热门技术进行了一番展望。在新的一年里,基于纳米孔的蛋白质检测技术将会广泛用于研究蛋白结构域、蛋白修饰和蛋白互作。基于纳米孔的DNA测序是一次令人振奋的技术变革。相比之下,由二十种氨基酸组成的蛋白质就复杂得多了,蛋白的电荷和疏水性相当......

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2015开年第一期《Nature Methods》杂志除了评出2014年度技术以外,还对一些热门技术进行了一番展望。在新的一年里,基于纳米孔的蛋白质检测技术将会广泛用于研究蛋白结构域、蛋白修饰和蛋白互作。

 

基于纳米孔的DNA测序是一次令人振奋的技术变革。不过就聚合物来说DNA是比较容易处理的,DNA的二级结构和电荷相对比较一致,而且仅由四种碱基组成。相比之下,由二十种氨基酸组成的蛋白质就复杂得多了,蛋白的电荷和疏水性相当多变,还存在大量的二级和三级结构。尽管如此,纳米孔技术仍将很快在蛋白研究领域大展拳脚。

纳米孔感应器可以检测单个分子穿过纳米孔时对离子电流的干扰,这个干扰水平取决于分子的序列和结构特征。为了让蛋白顺利穿过纳米孔,研究者们在一端添加了一串带负电的氨基酸或者一段短DNA。在这个体系中,优化添加引导序列的效率对于扩大检测规模非常重要。

                         

用氨基酸或DNA链拉动蛋白,可以使一些蛋白解折叠并穿过纳米孔,但另一些蛋白需要更多的拉力。于是研究者在引导序列上添加了解折叠酶ClpX的识别位点。研究显示,这个系统能够以不依赖序列的方式将目标蛋白拉过纳米孔。对于那些折叠非常紧密的蛋白,可能需要考虑使用变性剂。

目前人们已经开始利用纳米孔来检测蛋白的状态和特性。举例来说,Nature Biotechnology上发表的一项研究通过纳米孔技术,在硫氧还原蛋白上区分了位点特异性的磷酸化状态。此外,设计更大的纳米孔将允许折叠蛋白或结构域进入,以便分析蛋白与其它蛋白、药物或底物的相互作用。

对于纳米孔基础上的蛋白单分子测序来说,最关键的是设计马达一次拉动一个氨基酸穿过纳米孔。就算不能将组成蛋白的氨基酸一一解析,纳米孔技术也能通过识别结构域等特征来鉴定蛋白,检测蛋白所处的状态或者评估蛋白之间的互作。我们希望,纳米孔技术能够早日成为单分子水平上的研究蛋白的成熟工具。

作者: 2015-1-6
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