日本科學家首次合成人工納米孔，其可感知DNA和蛋白質

日本有研究人員創造了第一個自下而上設計的肽，由氨基酸鏈組成，可以形成人工納米孔，以識別并實現對脂質膜中的遺傳物質進行單分子排序。

生物納米孔通常是由成孔蛋白制成的通道，可以檢測特定分子，但這種天然通道難以識別，限制了在低成本、快速DNA測序、小分子檢測等方面的應用。

日本東京農業技術大學（TUAT）教授Ryuji Kawano表示，納米孔傳感是一種無標簽、單分子檢測的強大工具。這是第一次使用從頭設計的納米孔對DNA和多肽進行感應。

研究人員表示，從頭設計的納米孔是“從頭開始”構建的，具有模仿天然蛋白質及其檢測特定蛋白質能力的潛力。至關重要的是，它們還可以被設計成能夠檢測更廣泛分子范圍的人工分子機器——這可能有助于闡明目標蛋白結構和功能之間的聯系。

研究者說道，蛋白質的折疊結構由它們的線性多肽序列決定，并產生特定的蛋白質功能。獨特的一級結構是結構進化的結果，例如隨著時間的推移，氨基酸殘基的突變和選擇。而揭示這種初級信息與蛋白質結構之間的關系是科學的最終目標之一。

為了開發能夠更好地檢測和識別實際應用分子的大型合成納米孔，團隊設計了一種名為SV28的肽。肽的兩條氨基酸臂以銳角彎曲，末端帶有特定電荷，通過施加電壓可以精確控制發夾形肽的方向。該肽可以組裝形成大小從1.7到6.3納米不等的納米孔結構，適用于檢測DNA分子。

研究人員還通過添加一種突變來修改SV28，該突變導致肽結構以特定方式彎曲和扭曲。由此產生的肽形成了每個1.7納米的均勻分散孔，能夠檢測單個多肽鏈或蛋白質的一半。

這一成果可用于促進對蛋白質結構和功能之間關系的理解。

接下來，該團隊計劃設計各種肽和蛋白質，來構建不同類型的納米孔，以幫助進行肽測序、作為分子機器人進行操作等等。

題為De novo design of a nanopore for single-molecule detection that incorporates a β-hairpin peptide的相關研究論文發表在《自然-納米技術》上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41565-021-01008-w

標簽： 人工納米孔 DNA 蛋白質