2015值得关注的技术：用纳米孔检测蛋白

　　

生物通报道：2015开年第一期《Nature Methods》杂志除了评出2014年度技术以外，还对一些热门技术进行了一番展望。在新的一年里，基于纳米孔的蛋白质检测技术将会广泛用于研究蛋白结构域、蛋白修饰和蛋白互作。

基于纳米孔的DNA测序是一次令人振奋的技术变革。不过就聚合物来说DNA是比较容易处理的，DNA的二级结构和电荷相对比较一致，而且仅由四种碱基组成。相比之下，由二十种氨基酸组成的蛋白质就复杂得多了，蛋白的电荷和疏水性相当多变，还存在大量的二级和三级结构。尽管如此，纳米孔技术仍将很快在蛋白研究领域大展拳脚。

纳米孔感应器可以检测单个分子穿过纳米孔时对离子电流的干扰，这个干扰水平取决于分子的序列和结构特征。为了让蛋白顺利穿过纳米孔，研究者们在一端添加了一串带负电的氨基酸或者一段短DNA。在这个体系中，优化添加引导序列的效率对于扩大检测规模非常重要。

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用氨基酸或DNA链拉动蛋白，可以使一些蛋白解折叠并穿过纳米孔，但另一些蛋白需要更多的拉力。于是研究者在引导序列上添加了解折叠酶ClpX的识别位点。研究显示，这个系统能够以不依赖序列的方式将目标蛋白拉过纳米孔。对于那些折叠非常紧密的蛋白，可能需要考虑使用变性剂。

目前人们已经开始利用纳米孔来检测蛋白的状态和特性。举例来说，Nature Biotechnology上发表的一项研究通过纳米孔技术，在硫氧还原蛋白上区分了位点特异性的磷酸化状态。（延伸阅读：基于纳米孔的单分子蛋白检测技术）此外，设计更大的纳米孔将允许折叠蛋白或结构域进入，以便分析蛋白与其它蛋白、药物或底物的相互作用。

对于纳米孔基础上的蛋白单分子测序来说，最关键的是设计马达一次拉动一个氨基酸穿过纳米孔。就算不能将组成蛋白的氨基酸一一解析，纳米孔技术也能通过识别结构域等特征来鉴定蛋白，检测蛋白所处的状态或者评估蛋白之间的互作。我们希望，纳米孔技术能够早日成为单分子水平上的研究蛋白的成熟工具。

参考文献：

Unfoldase-mediated protein translocation through an α-hemolysin nanopore. Nature Biotechnology

Multistep protein unfolding during nanopore translocation. Nature Nanotechnology

Single-molecule site-specific detection of protein phosphorylation with a nanopore. Nature Biotechnology

Tuning the Size and Properties of ClyA Nanopores Assisted by Directed Evolution. J. Am. Chem. Soc.

 

生物通编辑：叶予

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