Молекулярная ловушка позволяет изучать отдельные белки

Исследователи из технических университетов Делфта и Мюнхена изобрели новый тип молекулярной ловушки, способной удерживать один белок на месте в течение часов для изучения его естественного поведения — что в миллион раз дольше, чем раньше. Новая техника NEOtrap позволяет ученым использовать электрические токи для изучения динамической природы белков, что может стимулировать инновации в биомедицине, биотехнологиях и других областях.

Хотя белки имеют решающее значение для жизни, их способность изменять форму до сих пор плохо изучена. Как опубликовано 30 августа в Nature Nanotechnology, группа под руководством Сиза Деккера из Делфтского технического университета разработала новую технику — Nanopore Electro-Osmotic trap (NEOtrap) — для изучения отдельных молекул белка гораздо дольше, чем это было возможно ранее. NEOtrap позволяет измерять, как отдельные белки изменяют свою форму с течением времени.

Как пробка в бутылке

NEOtrap сочетает две нанотехнологии: твердотельные нанопоры и ДНК-оригами. Нанопоры — это маленькие отверстия, которые ученые используют как сенсоры для отдельных молекул, таких как белки. Поскольку белки обычно проходят через маленькое отверстие за микросекунды, их можно записать лишь кратко. Запечатав наноотверстие наноразмерным шаром, полностью построенным из ДНК, исследователи могут удерживать белок на месте в течение часов, подобно тому, как пробка запечатывает бутылку вина. Группа Хендрика Дитца из Технического университета Мюнхена построила этот наношар, используя подход «ДНК-оригами» — технику, имитирующую макромасштабное складывание оригами, но с использованием наноразмерных нитей ДНК вместо бумаги.

Ведущий автор статьи Соня Шмид, разработавшая NEOtrap в качестве постдока в лаборатории Деккера, объясняет: «Этот наношар из ДНК-оригами действует как губка, всасывающая воду через нанопору, притягивая один белок к нанопоре и удерживая его там. Это означает, что мы можем изучать этот белок очень долгое время. В этой работе мы уже демонстрируем, что можем различать разные типы белков и даже разные функциональные формы одного и того же белка».

Радикальный прорыв в области

Сиз Деккер добавляет: «Эта новая техника действительно является крупным шагом вперед — анонимный рецензент нашей статьи назвал её "одним из самых радикальных достижений в области нанопорового сенсинга". Примечательно, что NEOtrap позволяет нам улавливать один нативный белок без необходимости модифицировать интересующую молекулу, в отличие от предыдущих методов. Эта техника может, например, помочь исследователям раскрыть механизм работы ферментов и других важных белков, которые меняют свою форму для облегчения химических реакций».

NEOtrap позволяет ученым по всему миру проводить совершенно новые эксперименты с потенциалом выявить ранее упущенные функциональные особенности белков и, следовательно, стимулировать инновации в биомедицине, биотехнологиях и других областях. Шмид (которая теперь возглавляет собственную лабораторию в Вагенингене) и Деккер планируют множество последующих исследований динамики отдельных белков в ближайшие годы.