Нанопоры (также называемые порами трансмембранного бета-цилиндра (ТМВ)), пожалуй, наиболее известны своей ролью в секвенировании нуклеиновых кислот, как ДНК, так и РНК. Их также можно использовать для секвенирования пептидов. Нанопоры имеют огромные преимущества в их способности миниатюризировать приложения для измерения и секвенирования в портативных устройствах (размером с USB-накопитель) и в технологиях для оказания медицинской помощи.
Современные подходы к инженерии нанопор ограничиваются природными белками, которые не являются идеальной отправной точкой для разработки сенсоров. Действительно, эти белки имеют сложные требования.
Исследования, проведенные Центром структурной биологии VIB-VUB в Бельгии и Медицинской школой Вашингтонского университета в Сиэтле, описывают общий подход к проектированию пор TMB с нуля с диапазоном геометрии от овала до квадрата и до треугольной формы и с разными диаметрами. и геометрию пор с конечной целью контроля формы и химического состава на молекулярном уровне. Эта работа открывает новые возможности для анализа отдельных молекул.
Результаты опубликованы в Наука в статье «Формирование размера и формы проводящих нанопор посредством создания белков de novo.«
«Это сотрудничество является отличным примером того, чего можно добиться с помощью дизайна белков», — сказал Дэвид Бейкер, профессор Медицинской школы Вашингтонского университета и исследователь HHMI. «Вместо того, чтобы повторно использовать природные биомолекулы, теперь мы можем создавать нужные нам функции на основе базовых принципов. »
Используя вычислительный дизайн, исследователи разработали методы создания стабильных нанопористых каналов с настраиваемыми формами, размерами и проводимостью. Поры, охарактеризованные с помощью ядерного магнитного резонанса и кристаллографии, оказались стабильными, что открыло путь для создания нанопористых каналов de novo, которые подходят для многих приложений, представляющих интерес в исследованиях и промышленности. В частности, конструкции «имеют различную проводимость, соответствующую диаметру их пор, в диапазоне от 110 пикосименсов (диаметр пор ~0,5 нанометра) до 430 пикосименсов (диаметр пор ~1,1 нанометра)». В аннотации отмечалось, что важной особенностью работы было включение разрывов во вторичную структуру для предотвращения агрегации и облегчения сворачивания в мембрану.
«Эти разработки очень интересны», — сказала Анастасия Воробьева, кандидат биологических наук, руководитель группы Центра структурной биологии ВИБ-ВУБ. «Когда мы начали работать над этой идеей несколько лет назад, многие люди думали, что это невозможно, потому что конструкция и складывание β-листов невероятно сложны, не говоря уже о липидных мембранах. Теперь мы показали, что можем успешно создавать нанопоры с высокой вероятностью успеха, которые имеют стабильную и воспроизводимую проводимость. »
Команде из лаборатории Бейкера удалось разработать новые белки, способные специфически связываться с метаболитами небольших молекул. Они разделили белки на три части и соединили их в петли поры ТМБ. Они обнаружили, что с помощью этих конструкций можно напрямую обнаруживать события связывания отдельных молекул.
Авторы отметили, что «дизайн белка de novo в принципе может создать неограниченное количество новых нанопор с любыми желаемыми свойствами». Эта работа продвигает идею о том, что носимые устройства, оснащенные различными нанопорами, могут обнаруживать ряд метаболитов, белков и небольших молекул.
.jpg)
