Нанопоры позволяют клеткам «разговаривать» с компьютером
Исследователи из Вашингтонского университета и Microsoft создали принципиально новый класс репортёрных белков, которые можно напрямую считывать с помощью коммерческого нанопорового устройства. Система NanoporeTERs (Nanopore-addressable protein Tags Engineered as Reporters) позволяет детектировать уровни экспрессии множества белков в культурах бактериальных и человеческих клеток, значительно превосходя возможности существующих методов.
Исследование опубликовано 12 августа в журнале Nature Biotechnology.
Ограничения оптических методов и новое решение
Традиционные методы отчёта, основанные на флуоресценции (например, зелёный флуоресцентный белок), позволяют отслеживать одновременно лишь несколько белков из-за перекрывающихся спектральных свойств. NanoporeTERs были спроектированы как синтетические белки с уникальными аминокислотными «штрихкодами». При комбинировании они обеспечивают как минимум в 10 раз больше возможностей для мультиплексирования.
Как это работает
- Синтетические белки секретируются клеткой во внешнюю среду.
- Исследователи собирают и анализируют их с помощью коммерческого нанопорового массива (в работе использовалось устройство Oxford Nanopore Technologies MinION).
- Белки NanoporeTERs сконструированы с заряженными «хвостами», что позволяет электрическому полю втягивать их в нанопоровые сенсоры.
- Машинное обучение классифицирует электрические сигналы каждого штрихкода, определяя уровни выхода каждого белка.
«Это принципиально новый интерфейс между клетками и компьютерами», — говорит старший автор работы Джефф Нивала. «Флуоресцентные белки-репортёры — это как маяки, а NanoporeTERs — как записки в бутылке. В записку можно упаковать гораздо больше информации».
Доказательство концепции и перспективы
В качестве доказательства концепции команда разработала библиотеку из более 20 различных меток NanoporeTERs. Однако потенциал системы гораздо шире.
«Мы работаем над увеличением количества NanoporeTERs до сотен, тысяч, а возможно, и миллионов», — говорит соавтор Карен Чжан. «Чем их больше, тем больше процессов мы можем отслеживать. Это может изменить правила игры в мультиплексном биосенсинге для диагностики заболеваний, таргетной терапии и отладки сложных генетических схем».
Значение технологии
Это первая работа, демонстрирующая, как коммерческое нанопоровое устройство для секвенирования ДНК/РНК может быть перепрофилировано для принципиально иных приложений. Это открывает путь к более доступным и распространённым «молекулярным приложениям» нанопоровых технологий в будущем.