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        毒素形成的納米孔或納米孔可用于感知生物分子

        某些類型的細(xì)菌通過釋放稱為“成孔毒素”(PFT)的蛋白質(zhì)來殺死其他細(xì)胞,這些蛋白質(zhì)會在細(xì)胞膜上形成孔。PFT與細(xì)胞膜結(jié)合并鉆入,形成管狀通道或孔。一旦這些毒素在細(xì)胞膜上刺破了足夠的孔,靶細(xì)胞就會自我破壞。

        毒素形成的納米孔或納米孔可用于感知生物分子

        但是,PFTs引起了細(xì)菌感染以外許多領(lǐng)域科學(xué)家的興趣。毒素形成的納米孔或納米孔可用于“感知”生物分子。生物分子(例如DNA或RNA)穿過孔,其成分(例如DNA中的核酸)發(fā)出不同的電信號,研究人員可以檢測到。

        研究人員研究了一種稱為氣溶素的主要PFT

        正如《自然通訊》雜志報道的那樣,洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Matteo Dal Peraro領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員研究了一種關(guān)鍵的PFT,稱為氣溶素,可以實現(xiàn)更復(fù)雜的測序,例如蛋白質(zhì)測序。

        由幽門螺桿菌產(chǎn)生的嗜水,氣溶素是植物功能型的一大家族,是在廣泛的生物體中發(fā)現(xiàn)的主要成員。氣溶素毒素的主要優(yōu)勢在于,與其他PFT相比,它產(chǎn)生的孔非常狹窄,可以以更高的分辨率區(qū)分分子。

        研究人員之前已經(jīng)證明,溶血素可以用于感測許多生物分子,但是很少有研究探索毒素的結(jié)構(gòu)與其感測能力之間的關(guān)系。

        創(chuàng)建蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的計算模型

        為了進(jìn)行調(diào)查,研究小組使用計算機創(chuàng)建了溶血素的結(jié)構(gòu)模型,以幫助他們了解其氨基酸如何影響蛋白質(zhì)的整體功能。

        一旦他們對這種關(guān)系有了基本的了解,研究人員便開始改變計算模型中的各種氨基酸。然后,模型繼續(xù)預(yù)測這些變化對蛋白質(zhì)功能的潛在影響。

        接下來,該研究的主要作者Chan Cao對16個“突變”的氣溶素孔進(jìn)行了基因工程改造,這些孔被嵌入脂質(zhì)雙層中以模仿它們在細(xì)胞膜中的位置。

        然后進(jìn)行了各種測量,包括分子易位實驗和單通道記錄,以研究孔的離子電導(dǎo)率,離子選擇性和易位特性的分子調(diào)控。

        他們發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動結(jié)構(gòu)和功能之間功能的原因

        這種方法最終揭示了驅(qū)動結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系的是蛋白質(zhì)的上限。

        孔不僅是跨膜管狀通道,而且還具有結(jié)合目標(biāo)分子并將其拉過通道的帽狀結(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn),此過程是由該帽區(qū)域的靜電決定的。

        該團(tuán)隊現(xiàn)在將能夠為傳感應(yīng)用設(shè)計定制的孔

        Peraro表示,通過了解溶菌素孔結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系的細(xì)節(jié),該團(tuán)隊現(xiàn)在將能夠為各種傳感應(yīng)用設(shè)計定制的孔:

        這些將為測序生物分子(如DNA,蛋白質(zhì)及其翻譯后修飾)開辟新的,未開發(fā)的機會,并有望用于基因測序和診斷用生物標(biāo)志物檢測。”

        Peraro及其團(tuán)隊已經(jīng)為他們的工作序列和表征基因工程化的溶菌素孔申請了專利。

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