由牛津大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家在檢測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化方面取得了重大突破。該方法發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上，它采用創(chuàng)新的納米孔技術(shù)來(lái)識(shí)別單分子水平上的結(jié)構(gòu)變化，甚至在長(zhǎng)蛋白質(zhì)鏈的深處。

人類細(xì)胞包含大約20,000個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。然而，在細(xì)胞中觀察到的蛋白質(zhì)的實(shí)際數(shù)量要多得多，已知有超過(guò)100萬(wàn)種不同的結(jié)構(gòu)。這些變異是通過(guò)一種被稱為翻譯后修飾(PTM)的過(guò)程產(chǎn)生的，這種過(guò)程發(fā)生在蛋白質(zhì)從DNA轉(zhuǎn)錄后。PTM引入結(jié)構(gòu)變化，如在組成蛋白質(zhì)的單個(gè)氨基酸上添加化學(xué)基團(tuán)或碳水化合物鏈。這導(dǎo)致同一蛋白質(zhì)鏈產(chǎn)生數(shù)百種可能的變異。

這些變異在生物學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過(guò)精確調(diào)節(jié)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的生物過(guò)程。繪制這種變異圖譜將揭示大量有價(jià)值的信息，從而改變我們對(duì)細(xì)胞功能的理解。但迄今為止，產(chǎn)生全面蛋白質(zhì)清單的能力仍然是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，由牛津大學(xué)化學(xué)系的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地開發(fā)了一種基于納米孔DNA/RNA測(cè)序技術(shù)的蛋白質(zhì)分析方法。在這種方法中，水的定向流動(dòng)捕獲并將3D蛋白質(zhì)展開成線性鏈，這些線性鏈通過(guò)微小的孔，孔的寬度僅足以讓單個(gè)氨基酸分子通過(guò)。結(jié)構(gòu)變化是通過(guò)測(cè)量施加在納米孔上的電流的變化來(lái)確定的。不同的分子在電流中產(chǎn)生不同的干擾，使它們具有不一樣的特征。

該團(tuán)隊(duì)成功地證明了該方法在單分子水平上檢測(cè)超過(guò)1200個(gè)殘基長(zhǎng)的蛋白質(zhì)鏈的三種不同的PTM修飾(磷酸化，谷胱甘肽化和糖基化)的有效性。其中包括蛋白質(zhì)序列深處的修飾。重要的是，該方法不需要使用標(biāo)簽、酶或其他試劑。

根據(jù)研究小組的說(shuō)法，這種新的蛋白質(zhì)表征方法可以很容易地集成到現(xiàn)有的便攜式納米孔測(cè)序設(shè)備中，使研究人員能夠快速建立單個(gè)細(xì)胞和組織的蛋白質(zhì)清單。這可以促進(jìn)即時(shí)診斷，實(shí)現(xiàn)與癌癥和神經(jīng)退行性疾病等疾病相關(guān)的特定蛋白質(zhì)變異的個(gè)性化檢測(cè)。

牛津大學(xué)化學(xué)系qingyujia教授是這項(xiàng)研究的主要作者，他說(shuō):“這種簡(jiǎn)單而有力的方法開辟了許多可能性。"最初，它允許檢查單個(gè)蛋白質(zhì)，例如與特定疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種方法有可能在細(xì)胞內(nèi)創(chuàng)建更多的蛋白質(zhì)變異清單，從而更深入地了解細(xì)胞過(guò)程和疾病機(jī)制。"

牛津納米孔技術(shù)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人、牛津大學(xué)化學(xué)系教授Hagan Bayley補(bǔ)充說(shuō):“在單分子水平上精確定位和識(shí)別翻譯后修飾和其他蛋白質(zhì)變異的能力，對(duì)促進(jìn)我們對(duì)細(xì)胞功能和分子相互作用的理解有著巨大的希望。"它還可能為個(gè)性化醫(yī)療、診斷和治療干預(yù)開辟新的途徑。"

牛津納米孔技術(shù)公司是在貝利教授的研究基礎(chǔ)上于2005年成立的一家衍生公司，已成為下一代測(cè)序技術(shù)的姣姣者。牛津納米孔公司的納米孔技術(shù)使科學(xué)家能夠使用便攜、廉價(jià)的設(shè)備快速地對(duì)核酸(DNA和RNA)進(jìn)行測(cè)序，而標(biāo)準(zhǔn)測(cè)序通常需要專門的實(shí)驗(yàn)室。牛津納米孔設(shè)備改變了基礎(chǔ)和臨床基因組學(xué)，并在19年肺炎大流行期間幫助追蹤病毒變體的傳播方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

這項(xiàng)工作是與倫敦國(guó)王學(xué)院的機(jī)械生物學(xué)家Sergi Garcia-Maynes和弗朗西斯克里克研究所的研究小組合作進(jìn)行的。

總結(jié)：

科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種突破性的方法來(lái)檢測(cè)基于納米孔技術(shù)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。

蛋白質(zhì)鏈通過(guò)工程納米孔輸送，通過(guò)微小電流的調(diào)制檢測(cè)到結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化。

這種方法可以改變我們對(duì)蛋白質(zhì)變異如何與疾病相關(guān)的理解，并允許即時(shí)診斷。