Найден ключевой элемент для простого секвенирования белков

Учёные давно стремятся создать технологию для лёгкого секвенирования белков. Профессор химической биологии Университета Гронингена Джованни Маглия, возможно, нашёл недостающий элемент пазла: способ транспортировки белка через нанопору, что позволит секвенировать белки с помощью простого портативного устройства.

Секвенирование ДНК произвело революцию в понимании жизни, и секвенирование белков — следующая великая цель. «ДНК в основном статична. Процессы в наших клетках выполняются белками: они делают реальную работу. И, понимая белки, мы поймем ещё больше о том, как работает наше тело», — объясняет Маглия.

Проблема протягивания белка через отверстие

Уже существуют портативные устройства для секвенирования ДНК. Они используют нанопоровую технологию: одиночная цепь ДНК протягивается через крошечное отверстие (нанопору) в мембране, и при прохождении можно «считать» последовательность её строительных блоков.

Были попытки применить ту же технологию к белкам, но до сих пор не удавалось так же протянуть длинную белковую цепь через крошечное отверстие. «Это как варёная спагетти, — объясняет Маглия. — Эти длинные нити хотят быть неорганизованными, они не хотят проталкиваться через это крошечное отверстие».

Одноцепочечная ДНК тоже похожа на спагетти, но её можно протянуть с помощью электрического поля, так как сама ДНК имеет электрический заряд. У белков заряд слабее, и он может быть как положительным, так и отрицательным. «Белки и ДНК разные, поэтому технологию нужно адаптировать», — поясняет учёный.

Использование потока

Чтобы транспортировать белок через нанопору, Маглия использовал раствор заряженных частиц (ионов), которые можно протянуть через пору электрическим полем. При этом они увлекают за собой белок. Сделать это работающим было нетривиальной задачей. «Мы не знали, будет ли поток достаточно сильным. Более того, эти ионы хотят двигаться в обоих направлениях, но, присоединив много заряда к самой нанопоре, мы смогли сделать поток направленным», — говорит исследователь.

Маглия создал систему с максимально возможным потоком без белков. В сотрудничестве с учёными из Университета Рима Тор Вергата были проведены компьютерные симуляции, которые показали, что сила этого потока, действующая на белок, сравнима с силой электрического поля, действующей на ДНК. Затем Маглия испытал метод на сложном белке — с множеством отрицательных зарядов, которые заставляли бы его двигаться в направлении, противоположном потоку. Но даже в этом случае поток оказался достаточно сильным, чтобы протянуть белок через нанопору.

«Раньше анализировали только белки, которые легко протянуть. Но мы взяли для теста один из самых сложных белков. И это сработало! Это доказывает, что фундаментальных ограничений для секвенирования белков больше нет», — заявляет Маглия.

Со своим новым стартапом Portal Biotech Маглия намерен сделать нанопоровую технологию из своей лаборатории доступной для пользователей, таких как лаборатории и врачи. «С этим последним исследовательским результатом у нас есть недостающий элемент, который был нужен, чтобы сделать секвенирование белков реальностью».

Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.