Onderzoekers in Japan hebben de eerste bottom-up ontworpen peptiden ontworpen, bestaande uit ketens van aminozuren, die kunstmatige nanoporiën kunnen vormen om genetisch materiaal met één molecuul in een lipidemembraan te identificeren en mogelijk te maken.

Biologische nanoporiën zijn over het algemeen kanalen gemaakt door porievormende eiwitten, die specifieke moleculen kunnen detecteren, maar dergelijke natuurlijke kanalen zijn moeilijk te identificeren, waardoor voorgestelde toepassingen in goedkope, snelle DNA-sequencing, detectie van kleine moleculen en meer worden beperkt.

"Nanopore-detectie is een krachtig hulpmiddel voor labelvrije detectie van één molecuul", zegt de corresponderende auteur Ryuji Kawano, professor aan de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) in Japan. "Dit is de eerste keer dat DNA en polypeptiden werden gedetecteerd met behulp van een de novo-ontworpen nanoporie."

Ze publiceerden hun bevindingen op 22 november in Nature Nanotechnology .

De de novo-ontworpen nanoporiën zijn volgens Kawano "from scratch" gebouwd en hebben het potentieel om natuurlijke eiwitten na te bootsen en hun vermogen om specifieke eiwitten te detecteren. Cruciaal, zei Kawano, is dat ze ook kunnen worden ontworpen om te fungeren als kunstmatige moleculaire machines die in staat zijn om een ​​veel breder scala aan moleculen te detecteren, wat kan helpen bij het ophelderen van het verband tussen structuur en functie in doeleiwitten.

"De gevouwen structuur van eiwitten wordt bepaald door hun lineaire polypeptidesequentie en geeft aanleiding tot specifieke eiwitfunctionaliteit," zei Kawano, erop wijzend dat alle eiwitten een unieke structuur en grootte hebben. "De unieke primaire structuur is het resultaat van structurele evolutie zoals de mutatie en selectie van aminozuurresiduen in de loop van de tijd. Het onthullen van de relatie tussen deze primaire informatie en eiwitstructuur is een van de ultieme doelen van de wetenschap."

Om grote synthetische nanoporiën te ontwikkelen die moleculen beter kunnen detecteren en identificeren voor praktische toepassingen, ontwierpen Kawano en het team een ​​peptide genaamd SV28. Met twee onder een scherpe hoek gebogen aminozuren en specifieke ladingen aan het uiteinde, kan de oriëntatie van het haarspeldvormige peptide nauwkeurig worden geregeld door een spanning aan te leggen. Het peptide kan zich assembleren om nanoporiënstructuren te vormen die in grootte variëren van 1,7 tot 6,3 nanometer, geschikt voor het detecteren van DNA-moleculen.

De onderzoekers wijzigden ook SV28 door een mutatie toe te voegen die ervoor zorgt dat de peptidestructuur op specifieke manieren buigt en draait. Het resulterende peptide vormde gelijkmatig verspreide poriën van elk 1,7 nanometer, in staat om een ​​enkele polypeptideketen te detecteren, of de helft van een eiwit.

Deze prestatie kan worden toegepast om het begrip van de relatie tussen eiwitstructuur en -functie te vergemakkelijken.

Voor de volgende stappen is het team van plan verschillende peptiden en eiwitten te ontwerpen om verschillende soorten nanoporiën te construeren om te helpen bij de sequentiebepaling van peptiden, als moleculaire robots en meer. + Verder verkennen

Een enkel eiwit scannen, één aminozuur per keer