Onderzoekers van de technische universiteiten van Delft en München hebben een nieuw type moleculaire val uitgevonden die een enkel eiwit urenlang op zijn plaats kan houden om zijn natuurlijke gedrag te bestuderen - een miljoen keer langer dan voorheen. Met de nieuwe NEOtrap-techniek kunnen wetenschappers elektrische stromen gebruiken om de levendige aard van eiwitten te bestuderen, die kan leiden tot innovatie in de biogeneeskunde, biotechnologie, en meer.

Ook al zijn eiwitten cruciaal voor het leven - ze bieden je zicht en neurale verbindingen om deze tekst te lezen, bijvoorbeeld - de manier waarop ze van vorm veranderen, wordt nog steeds slecht begrepen. Zoals gepubliceerd op maandag 30 augustus in Natuur Nanotechnologie , een team onder leiding van Cees Dekker van de TU Delft ontwikkelde een nieuwe techniek, genaamd de Nanopore Electro-Osmotic trap (NEOtrap), om individuele eiwitmoleculen veel langer te bestuderen dan voorheen mogelijk was. Met de NEOtrap kunnen de onderzoekers meten hoe afzonderlijke eiwitten in de loop van de tijd van vorm veranderen.

Als een kurk op een fles

De NEOtrap combineert twee nanotechnologieën:nanoporiën in vaste toestand en DNA-origami. Nanoporiën zijn kleine gaatjes die wetenschappers gebruiken als sensoren voor afzonderlijke moleculen zoals eiwitten. Omdat eiwitten normaal gesproken in microseconden door het kleine gaatje gaan, ze kunnen slechts kort worden opgenomen. Door het nanogat af te dichten met een bolletje op nanoschaal dat volledig is opgebouwd uit DNA (!), de onderzoekers kunnen het eiwit urenlang op zijn plaats houden, net zoals een kurk een fles wijn verzegelt. Hendrik Dietz en zijn groep aan de Technische Universiteit van München bouwden deze nanobal met behulp van een benadering genaamd "DNA-origami" - een techniek die het vouwen van origami op macroschaal nabootst - met behulp van DNA-strengen op nanoschaal in plaats van papier.

Hoofdauteur van het artikel Sonja Schmid, die als postdoc in het lab van Dekker de NEOtrap ontwikkelde, legt uit:"Deze nano-bal van DNA-origami werkt als een spons die water door de nanoporie zuigt, het aantrekken van een enkel eiwit naar de nanoporie en het daar opsluiten. Dit betekent dat we dat eiwit voor zeer lange tijd kunnen bestuderen. In dit werk laten we al zien dat we onderscheid kunnen maken tussen verschillende soorten eiwitten, en zelfs verschillende functionele vormen van één en hetzelfde eiwit."

Radicale vooruitgang in het veld

Cees Dekker voegt toe:"Deze nieuwe techniek is echt een grote stap voorwaarts - een anonieme recensent van ons artikel noemde het "een van de meest radicale ontwikkelingen op het gebied van nanoporiëndetectie". de NEOtrap stelt ons in staat om een ​​enkel natuurlijk eiwit te vangen zonder dat we het betreffende molecuul hoeven te wijzigen, in tegenstelling tot eerdere technieken. Deze techniek kan, bijvoorbeeld, helpen onderzoekers om het onderliggende mechanisme te ontdekken van enzymen en andere belangrijke eiwitten die van vorm veranderen om chemische reacties te vergemakkelijken."

De NEOtrap stelt wetenschappers over de hele wereld in staat geheel nieuwe experimenten uit te voeren, met het potentieel om eerder over het hoofd geziene functionele kenmerken van eiwitten te onthullen en zo innovatie in de biogeneeskunde te stimuleren, biotechnologie, en meer. Schmid (die nu haar eigen lab startte in Wageningen) en Dekker plannen de komende jaren veel vervolgonderzoeken naar de dynamiek van afzonderlijke eiwitten.