的研究人員設(shè)計(jì)了第一個(gè)自下而上設(shè)計(jì)的肽，由氨基酸鏈組成，可以形成人工納米孔，以識(shí)別和實(shí)現(xiàn)脂質(zhì)膜中遺傳物質(zhì)的單分子分選。生物納米孔通常是由成孔蛋白制成的通道，可以檢測(cè)特定分子，但這種天然通道難以識(shí)別，限制了其在低成本、快速DNA測(cè)序、小分子檢測(cè)等方面的應(yīng)用。

“納米孔傳感是一種強(qiáng)大的無(wú)標(biāo)記單分子檢測(cè)工具，”通訊作者、東京農(nóng)業(yè)科技大學(xué)(TUAT)教授RyujiKawano說(shuō)。“這是第一次使用從頭設(shè)計(jì)的納米孔檢測(cè)DNA和多肽。”

他們于11月22日在NatureNanotechnology上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

Kawano表示，從頭設(shè)計(jì)的納米孔是“從頭開始”構(gòu)建的，并且有可能模擬天然蛋白質(zhì)及其檢測(cè)特定蛋白質(zhì)的能力。至關(guān)重要的是，Kawano說(shuō)，它們還可以被設(shè)計(jì)成人工分子機(jī)器，能夠檢測(cè)更廣泛的分子——這可能有助于闡明目標(biāo)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系。

“蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)由它們的線性多肽序列決定，并產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)功能，”川野說(shuō)，并指出所有蛋白質(zhì)都具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和大小。“獨(dú)特的一級(jí)結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)進(jìn)化的結(jié)果，例如隨著時(shí)間的推移氨基酸殘基的突變和選擇。揭示這種一級(jí)信息與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是科學(xué)的最終目標(biāo)之一。”

為了開發(fā)能夠更好地檢測(cè)和識(shí)別實(shí)際應(yīng)用分子的大型合成納米孔，Kawano和團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種名為SV28的肽。兩條氨基酸臂以銳角彎曲，末端帶有特定電荷，可以通過(guò)施加電壓精確控制發(fā)夾形肽的方向。該肽可組裝形成大小為1.7至6.3納米的納米孔結(jié)構(gòu)，適用于檢測(cè)DNA分子。

研究人員還通過(guò)添加導(dǎo)致肽結(jié)構(gòu)以特定方式彎曲和扭曲的突變來(lái)修改SV28。由此產(chǎn)生的肽形成均勻分散的孔，每個(gè)孔為1.7納米，能夠檢測(cè)單個(gè)多肽鏈-或蛋白質(zhì)的一半。

這一成果可用于促進(jìn)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能之間關(guān)系的理解。

在接下來(lái)的步驟中，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)各種肽和蛋白質(zhì)來(lái)構(gòu)建不同類型的納米孔，以幫助肽測(cè)序、作為分子機(jī)器人進(jìn)行操作等。