纳米孔技术是为科学提供一种廉价和可访问序列DNA的方法。它紧凑自然也意味着测序是不再局限于实验室与应用程序从偏远地区打击野生动物犯罪甚至在太空中。现在的开创性的研究格罗宁根大学秘密隐藏在蛋白也被显示,在纳米孔的帮助。我们采访了教授Giovanni Maglia(通用),组长在格罗宁根大学化学生物学的进步他和他的团队一直在。
KS:你是如何在这一领域的研究工作?
通用汽车:我在牛津大学的时候,我的博士后研究期间,我被暴露在生物纳米孔。那时,我做了一个项目使用纳米孔与DNA测序。在四年半,我在那里工作,我们取得了很大的进步。这对我来说很神奇的如何从纳米孔的离子电流获得如此多的信息,以及如何研究单分子。他们真的非常有前途的工具,因为它们可以被纳入便携设备,仍然看单分子水平。
当我完成了我的位置在牛津我开始我自己的实验室在比利时鲁汶大学,在那里我开始看蛋白质使用生物纳米孔。我搬到观察蛋白质,因为当我离开很清楚,大部分的DNA领域的进展,或即将完成,公司进入这个领域有很多的资源。所以,我觉得DNA测序是一个已经成熟的领域。
KS:必须克服的主要障碍,同时开发这项技术吗?
通用汽车:蛋白质是不同的DNA,它不是简单的翻译蛋白质测序DNA测序。我们知道DNA测序需要拉伸毛孔内的DNA,所以您可以访问不同的基地。另外,很明显,你需要有一个nanomachine棘轮DNA基地,基地,但无论是与蛋白质,这一切都是有可能的,或者至少不明显的怎么做。所以我开始工作在另一个方面是使用大生物毛孔并试图研究蛋白质折叠的蛋白质而不是展现和测序。
与此同时,我们遇到了一个不同的孔隙叫做压裂看起来不错的蛋白质测序。晶体结构是于2015年出版。
DNA测序,你读过五个基地,但是有非常精确的DNA运动在毛孔内,通过聚合酶或断裂DNA解旋酶非常准确的基地,基地,允许你侥幸信号由一个以上的基地。此外,你只有四个基地DNA折扣如果你修改,所以single-residue识别本质上是简单的单一单元分辨率。
真正的挑战是,蛋白质有20种氨基酸,所以本质上你会有太多的氨基酸在阅读区,使信号非常复杂。所以,你真的需要有一个孔,让多窄的认可。
与压裂,然而不少挑战,因为为了组装纳米孔你需要有一个特别的脂质成分,表达水平很低,等等。然而,我们设法克服这些问题和显示,实际上与DNA因为最初更加简单,在2016年,我们可以使用这个孔隙聚合物序列。
然后我们说,好吧,现在我们有了一个毛孔,让我们看看我们能做什么在蛋白质测序领域。我们知道一些关于我们对大毛孔折叠的蛋白质和蛋白质,所以我们看到的局限性是孔隙的大小来研究蛋白质。
所以,我们现在有两种方法来确定蛋白质,我刚才描述的测序,另一个是纳米孔电流识别蛋白质本身,无论如果展开整个孔隙和运输,或折叠,部分折叠,或者只是通过孔隙内部孔隙,而不是把。这两种方法是非常不同的,他们需要不同的毛孔和现在不同的挑战。
纳米孔蛋白质识别的挑战在于,大约有25000个蛋白的蛋白质组加上这些蛋白质的所有修改。有效,能够辨认出蛋白质,每个蛋白质必须有一个人目前的签名,这是困难的对纳米孔的带宽。25000个独立的信号是一个相当大的挑战!
因此,承认我们认为我们需要蛋白质pre-purification一步,你孤立的一组蛋白质,你想学习。你可以与抗体,或仅仅通过大小,或者你可以使用化学性质的分子。缩小这些数以千计的蛋白质后,你可以承认你的纳米孔。
蛋白质与纳米孔测序,需要展开的蛋白质,以恒定的潜力和运输它穿过纳米孔以恒定的速度,他们的两个主要挑战。
所以,你可以看到,蛋白质识别有点容易测序,你只需要认识到的一组蛋白质,之间的区别非常相似的蛋白质。然而,在蛋白质测序你实际上需要控制单个分子的纳米级,和运输展开多肽纳米孔。
KS:你如何看待你的技术发展与更传统的方法观察蛋白质和蛋白质测序吗?
通用汽车:蛋白质测序特别是现在是由串联质谱,你取一个蛋白质,切成块,然后读取每个不同块的质量。质谱分析已经完成在过去几百年或更长时间,所以还是蛮好用的,测量的准确性是相当惊人的。你可以阅读分子量的一小部分,这是很好的,但同时,它使用一个非常复杂和昂贵的机器,很难使它移动。
有很多努力让它更便携,只是使它小,但你真的需要应用一个真空,你需要有很强的磁铁。如果你和该领域的专家,他们说这将是很难使它更便于携带。有努力的方向,但看到他们有多好。
所以,一方面,它们非常精确和工作得很好。另一方面,它们非常昂贵,不便于携带。另一个问题是,他们只能阅读质量,或收费。有肽具有相同的质量,著名的例子是异亮氨酸、亮氨酸和你不能区分他们。有局限性,我们解决与纳米孔,如果你可以使用纳米孔测序蛋白质序列——只是他们,那么这将是一个便携设备,每个人都可以使用,而且很便宜。这也可以做质谱计不能做的事。例如,因为它作用于单一分子,它可以区分肽,具有相同的质量。
有两个主要问题,蛋白质纳米孔测序地址,一个是检测低丰度蛋白质。现在的质量规范是一个组装技术,你只看到了更丰富的蛋白质样品。因此需要净化和浓缩等,但有时这是困难的,因为有非常少量的蛋白质有时在你的生物样品。纳米孔,单身分子本身,本质上有敏感性的单分子。当然,能够实际观察和分析需要捕捉分子,这是一个挑战。如果你有一个分子在一毫升的血,机会,分子可以被你的纳米孔是几乎为零。然而,你可以做的是把分子纳米孔。有工作的路上,你可以集中的分子,例如膜周围,这可以大大增加你的分析物的浓度。或者你可以吸引对纳米孔的口。例如,通过附加绑定纳米孔本身,他们可以漏斗分子穿过纳米孔。
第二件事是,你可以研究转录后修饰。看来许多,如果不是大多数,我们的血液中蛋白质的化学改性。它们的蛋白质,我们学习课本,但当他们看到细胞有各种各样的反应可能发生在表面,很多氨基酸化学改性。
这些修改可能不重要,但至少他们中的一些已知蛋白质的功能是非常重要的,和蛋白质之间的相互作用等等。这个修改是很难研究的过程在一个装配技术因为如果修改是异构的,你不能很容易地看到它。如果所有的蛋白质被修改,或者大量的蛋白质被修改,你可以看到它。然而,如果修改可以发生在许多不同的方式,糖基化是一个著名的例子,每个分子略有不同,所以需要一个单分子技术研究。目前,单分子技术序列的蛋白质就不存在。发展中第一个单分子技术,让你真正了解分子是重要的一步。
乔凡尼Maglia教授凯伦管家博士说,科学技术网络作家。188金宝搏备用
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