Впервые ДНК и белки обнаружены с помощью нанопоры, спроектированной с нуля

Исследователи из Японии впервые спроектировали с нуля пептиды, способные формировать искусственные нанопоры в липидной мембране для идентификации и сортировки генетического материала на уровне одной молекулы.

Биологические нанопоры — это, как правило, каналы, образованные пористыми белками, которые могут обнаруживать специфические молекулы. Однако такие природные каналы сложно идентифицировать, что ограничивает их потенциальное применение в недорогом и быстром секвенировании ДНК, детекции малых молекул и других областях.

"Сенсорика на основе нанопор — это мощный инструмент для бесметочного детектирования одиночных молекул", — заявил автор-корреспондент Рюдзи Кавано, профессор Токийского университета сельского хозяйства и технологий (TUAT). — "Впервые ДНК и полипептиды были обнаружены с помощью нанопоры, спроектированной de novo".

Результаты исследования были опубликованы 22 ноября в журнале Nature Nanotechnology.

Нанопоры, спроектированные de novo (с нуля), имеют потенциал для имитации природных белков и их способности обнаруживать специфические молекулы. Ключевым моментом является то, что их можно сконструировать как искусственные молекулярные машины для детекции гораздо более широкого спектра молекул, что может помочь прояснить связь между структурой и функцией целевых белков.

"Свёрнутая структура белков определяется их линейной полипептидной последовательностью и обуславливает специфическую функциональность", — отметил Кавано. — "Раскрытие взаимосвязи между этой первичной информацией и структурой белка — одна из конечных целей науки".

Для создания крупных синтетических нанопор, способных лучше обнаруживать молекулы, команда спроектировала пептид под названием SV28. Благодаря двум "плечам" из аминокислот, изогнутым под острым углом, и специфическим зарядам на концах, ориентацию этого пептида в форме шпильки можно точно контролировать, прикладывая напряжение. Пептид способен собираться в нанопорные структуры размером от 1.7 до 6.3 нанометров, что подходит для детекции молекул ДНК.

Исследователи также модифицировали SV28, добавив мутацию, которая заставляет структуру пептида изгибаться и скручиваться определённым образом. Полученный пептид формировал равномерно распределённые поры размером 1.7 нанометра каждая, способные обнаруживать одиночную полипептидную цепь — половину белка.

Это достижение может быть применено для облегчения понимания взаимосвязи между структурой и функцией белка.

В дальнейшем команда планирует проектировать различные пептиды и белки для создания разных типов нанопор, которые помогут в секвенировании пептидов, работе в качестве молекулярных роботов и других задачах.