纳米孔测序已经证明对阐明蛋白质是一个富有成果的领域,因为它曾为DNA测序。重点朝着个性化和精密医学,一个工具,可以分析一个人的蛋白质组,提供有见地的数据因此会非常及时。然而,它还没有到达,DNA技术和仍然存在的挑战去克服和神秘来解决。我们跟教授Giovanni Maglia(通用),组长在化学生物学格罗宁根大学,关于他的研究小组最近的工作在该地区,他们努力和未来的挑战。
KS:思考挑战仍需要解决,你的论文你提到可能需要pre-purification步骤当使用生物样本和蛋白质通过毛孔的速度过于迅速识别每个氨基酸,蛋白质测序所必需的。你在做修正,以便它可以用于蛋白质测序吗?
通用汽车:假设你想要确定一个特定的生物标志物和特定的生物标志物将特定的信号,我们知道它是什么,但其他蛋白质可能会给相同的信号。所以现在的问题是分离的两个pre-purification一步。它可能是相当粗糙pre-purification因为细微的差别可以被识别的纳米孔。然而,它更pre-purification一步将所有的目标蛋白质加所有的杂质,通常是一个问题。我认为我们可以确定我们的目标背景的一些杂质,这应该是一个容易处理的问题。然而,这将是很难识别目标的背景25000潜在目标。
虽然,《公共科学图书馆•综合》最近的一项研究表明,使用某种类型的机器学习算法,还可以研究蛋白质封锁的签名样本,然后您应该能够识别一个特定的生物标志物。所以,这不是100%确定的基本限制这种方法。
关于蛋白质的速度通过毛孔,对蛋白质测序,-有很多的一个挑战是,首先需要找到一个方法来运输的多肽纳米孔以恒定速度和下一个常数应用潜力。多肽是带电的,积极的和消极的,所以你不能使用电场驱动交通工具穿过纳米孔。我们解决运输的问题多肽通过纳米孔的固定潜力通过识别一组条件在孔隙和解决方案,允许建立一个强有力的水流穿过纳米孔在一个固定的潜在可能克服排斥电场的潜力。
获得了强劲的水流穿过纳米孔使用纳米孔排列着许多负电荷。在外部的潜力,积极的抗衡离子移动的纳米孔产生强烈的单向水流。然后肽的负电荷,反对进入带负电荷的纳米孔,是减毒通过改变溶液的pH值。换句话说,我们找到了正确的平衡具有纳米孔,被指控足以推动条目分析物和蛋白质的负电荷足够慢化进入纳米孔。
第二个挑战我们需要克服,看看不同的多肽给不同的信号是他们把穿过纳米孔。不同的DNA碱基有不同的信号,但它不是很明显如果是相同的蛋白质。人们不知道为什么不同的分子给不同的信号在纳米孔,因为通过纳米孔电流分子识别的分子基础还不是很清楚。
测试系统中,我们选择一个多肽,给了我们一个不错的信号,然后选择另一个多肽差不多,但只有一个氨基酸不同,发现我们可以实现两个不同的信号。这很重要,因为它告诉我们,两个分子,只有不同的氨基酸可能有区别。
与蛋白质测序,这可能是更具挑战性的控制通过纳米孔的运输,但也有某些事情的DNA测序相比更容易。例如,我们知道蛋白基因的序列分析,所以你真的不需要所有不同的氨基酸序列。你可以5或6个氨基酸序列,然后通过比较序列的蛋白质存在于蛋白质组,你仍然可以识别的蛋白质样品。
第三部分,即如何控制运输穿过纳米孔,不是我们解决工作。当然,我们现在看不同种类的分子机器,可以允许这样的事情发生。蛋白质是很困难的,因为需要展开,展开的多肽链,所以还有待观察你如何可以控制纳米孔的运输。然而,正如我之前说的,因为你不需要每一个氨基酸序列能够辨认出蛋白质,这很可能意味着只是一个粗略的阅读展开的蛋白质就足以让你追溯蛋白质的序列。
KS: 1 - 25的出版研究使用蛋白质kDa 25 kDa相对较小但在自然界发现的许多蛋白质相比,平均蛋白质在人类。它会成为一个问题扩大更大的蛋白质?
通用汽车:理论上,你只需要有一个更大的纳米孔。在这里,限制可能会有多少大型生物纳米孔。好消息是,有相当多的工作由我的同事完成的固态纳米孔。而不是使用使用蛋白质的生物膜和一个洞,固态纳米孔是用一个人工膜基于硅。它可以很薄,几纳米,他们钻一个洞的大小要和不同的方法。
与当前技术在纳米尺度它工作得很好,但不是sub-nanometre规模。所以,如果你想有5 - 10纳米研究更大的蛋白质,可以有相当的固态纳米孔。
挑战就会创建一个形状,将允许捕获的蛋白质,因为蛋白质进入毛孔,并保持在足够的时间内取样。我们使用的生物毛孔,有一个圆锥形,你有一个大入口和一个狭窄的出口的蛋白质可以输入和被困在狭窄的出口。因为蛋白质看到另一个不展开,将保持在纳米孔折叠。很柔软的分析物之间的交互和孔隙本身。
固态毛孔我会说,它仍然可以看到如果你能重现同样的形状和永久的环境,允许控制孔隙内的蛋白质,如果孔隙内的蛋白质会保持形状,让它可靠地承认。
KS:思考未来,你觉得我们距离能够序列的蛋白质组在DNA的快速和有效的方式是什么?
通用汽车:很难说。过去的经验与DNA测序表明你需要几个突破。然而,你不知道什么时候会发生这样的突破。他们可以取一个,两个或两个几十年。然而,蛋白质分析不同DNA分析。与DNA序列需要它,就是这样。可以映射DNA一点,可能中间步骤,但蛋白质我们有很多更多的中间的可能性。你可以承认一种蛋白质,可以感觉到一个特定蛋白质的背景中其他蛋白质,蛋白质可以指纹。因为他们可以非常被动,反应一定的残留,然后认识到蛋白质。或者你可以只是序列的蛋白质,氨基酸,氨基酸。
诊断是一回事,只是承认一个特定蛋白质(低丰度)例如在血液中,作为生物标志物与疾病。或者你只是想re-sequence蛋白质,而不是序列和识别蛋白质的序列,但只承认一些氨基酸序列,然后用基因数据匹配。或者从头测序,没有信息之前,你只是想知道所有不同的氨基酸。
如果你讲的最后一个,我认为还有一个重要的元素,有人需要证明我们可以把日期之前蛋白质测序。这是,我们实际上可以控制运输的蛋白质在纳米孔单向的方式,即使是氨基酸,氨基酸?多肽链需要经历,不回去。我认为这是关键的一步,所以它需要是单向的。如果你能做到这一点,那么我认为我们知道的DNA测序将几年了,或更少的资源和多少人工作。
但之前有人可以证明你有一个单向交通穿过纳米孔的多肽,是不可能把日期需要多长时间,我不认为。
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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