Новый подход к дизайну нанопор открывает возможности для анализа одиночных молекул

Международная группа исследователей из Бельгии и США разработала общий подход к созданию трансмембранных β-бочкообразных пор (TMB) с нуля, с заданной формой и свойствами. Это открывает новые возможности для анализа одиночных молекул. Результаты опубликованы в Science.

Проблема существующих подходов

Белковые нанопоры широко используются для секвенирования ДНК и РНК на уровне одиночных молекул, позволяя миниатюризировать оборудование. Однако современные методы инженерии ограничены природными белками, которые эволюционировали для других функций и неидеальны для создания сенсоров.

Решение: дизайн с нуля

Исследователи из VIB-VUB Center for Structural Biology и Университета Вашингтона с помощью компьютерного дизайна разработали методы создания стабильных наноканалов с регулируемой формой, размером и проводимостью.

• Стабильность: Сигнал от созданных TMB был значительно стабильнее и "тише", чем от природных аналогов.
• Структура: Коллабораторы из Университета Лидса и Базельского университета подтвердили, что дизайны складываются в стабильные 3D-структуры.

"Когда мы начинали, многие считали это невозможным... Теперь мы показали, что можем успешно создавать нанопоры с высокой вероятностью успеха", — говорит д-р Анастасия Воробьева.

Практическое применение: детекция малых молекул

Следующим шагом стала проверка метода на практике. Команда лаборатории профессора Дэвида Бейкера спроектировала белки, специфично связывающие малые молекулы метаболитов. Эти белки были разделены на три части и встроены в петли TMB-поры. Это позволило напрямую детектировать события связывания одиночных молекул.

"Это отличный пример возможностей белкового дизайна. Мы можем создавать нужные функции с нуля, а не перепрофилировать природные биомолекулы", — отмечает проф. Дэвид Бейкер.

Перспективы

Разработка дополняет масс-спектрометрию и другие методы, требующие громоздкого лабораторного оборудования, так как технология компактнее и доступнее. В будущем портативные устройства с разными нанопорами смогут детектировать спектр метаболитов, белков и малых молекул или даже проводить биомолекулярное секвенирование.