來源：網(wǎng)絡(luò)         時間：2021-11-09

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       更重要的是，這個過程不影響肽鏈的完整性，我們可以對單個肽鏈進行反復讀取，然后擬合所有的數(shù)據(jù)，從而獲得基本100%的準確率的肽鏈序列組成。 

        蛋白質(zhì)是生物體的主要成分，也是生命活動的主要承擔者。具有生物學功能的蛋白質(zhì)往往具有特定的空間結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是在多個層次上定義的。 

       其中一級結(jié)構(gòu)是最重要的，即氨基酸的類型和排列，它可以決定蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)。然而，直接讀取蛋白質(zhì)的初級結(jié)構(gòu)一直是非常困難的。

        在大多數(shù)情況下，科學家會根據(jù)基因序列和氨基酸密碼子表“破譯”蛋白質(zhì)的氨基酸序列。然而，由于存在轉(zhuǎn)錄后修飾和翻譯后修飾，解密結(jié)果并不完全正確，甚至與真實的氨基酸序列相差很大。 

       2021年11月4日，荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員在《Science》雜志上發(fā)表了題為《利用納米孔在單氨基酸分辨率下對單蛋白質(zhì)的多次重讀》的論文。 

       該研究使用納米孔測序技術(shù)成功掃描并讀取了單個蛋白質(zhì)的氨基酸序列:線性化的DNA-肽復合物緩慢通過微小的納米孔，研究人員可以根據(jù)當前信息含量的變化和強度讀取相關(guān)蛋白質(zhì)，直接對蛋白質(zhì)的氨基酸序列進行排序。 

      蛋白質(zhì)是生命活動的主要載體。事實上，所有的生物蛋白質(zhì)都是由大約20種不同的氨基酸組成的長肽鏈，就像項鏈上有不同種類的珠子一樣。不幸的是，目前的蛋白質(zhì)測序方法價格昂貴，無法檢測到許多稀有蛋白質(zhì)。近年來發(fā)展起來的納米孔測序技術(shù)已經(jīng)能夠直接對單個DNA分子進行掃描和測序。 

       上述研究表明，我們可以通過類似DNA納米孔測序的方式直接讀取蛋白質(zhì)的氨基酸序列。 

       該研究的通訊作者Cees Dekker教授說:在過去的30年里，基于納米孔的DNA測序已經(jīng)從一個想法發(fā)展成為一個實用的工作設(shè)備，并已成功開發(fā)出一種商業(yè)化的便攜式納米孔測序儀，服務于數(shù)十億美元的基因組測序市場。在我們的論文中，我們將納米孔的概念擴展到單個蛋白質(zhì)的閱讀。 

       這可能對基礎(chǔ)蛋白質(zhì)研究和醫(yī)學診斷產(chǎn)生重大影響。 

       牛津納米孔（Oxford Nanopore）研發(fā)的納米孔測序儀直接讀取氨基酸序列特征的納米孔如何使用單個氨基酸肽鏈讀取，論文第一作者Henry Brinkerhoff博士做了生動的比喻:“現(xiàn)在想象一下，肽鏈中的氨基酸鏈就像一條項鏈，上面有不同大小的珠子。然后，你打開水龍頭，慢慢地把項鏈送進下水道，也就是納米孔。如果在某一時刻它是一個大珠子，它就會堵塞下水道，里面的水就會變成涓涓細流。相反，如果是小珠子，那么下水道中剩余的縫隙就會更大，水流也會更大?！?nbsp;

       納米孔肽讀取裝置直接讀取氨基酸序列。因此，通過這項技術(shù)，研究人員可以非常準確地測量納米孔的電流大小，并以此來預測相應的氨基酸種類。 

       更重要的是，這個過程不影響肽鏈的完整性，我們可以對單個肽鏈進行反復讀取，然后擬合所有的數(shù)據(jù)，從而獲得基本100%的準確率的肽鏈序列組成。 

       解旋酶(紅色)拖動與多肽(紫色)連接的DNA分子(黃色)緩慢通過納米孔(綠色)，從而通過讀取電信號(橙色突出顯示)來表征多肽的氨基酸序列。 

       為了進一步驗證該技術(shù)的準確性，研究者改變了肽鏈上的某一氨基酸，就能夠檢測到明顯不同的電信號，說明該技術(shù)是極其敏感的。 

      事實上，這種新技術(shù)在識別單個蛋白質(zhì)和繪制它們之間的微妙變化方面非常強大，就像超市的收銀員掃描條形碼來識別每個產(chǎn)品一樣。這也為未來的蛋白質(zhì)測序提供了一種新的方法。

     Henry Brinkerhoff博士表示，納米孔肽閱讀器可以區(qū)分被單個氨基酸取代的單肽，這種方法可能為未來的蛋白質(zhì)測序奠定基礎(chǔ)，但目前，從頭測序仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。 

      我們?nèi)匀恍枰獙碜圆煌蛄械碾娦盘栠M行大量描述，以便創(chuàng)建一個對應于電信號和蛋白質(zhì)序列的“編碼表”。但即便如此，這項研究已經(jīng)能夠成功地區(qū)分蛋白質(zhì)序列中單個氨基酸的變化。 

       這無疑是一個重大的進步，將有許多直接的應用。 

       暗物質(zhì)是一種理論上可能存在于宇宙中的不可見物質(zhì)。它可能是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，但它不屬于任何已知形式的可見天體。在細胞中，有許多不可知的“暗物質(zhì)”——數(shù)百萬由翻譯后修飾引起的蛋白質(zhì)突變。 

       基因序列無法預測這些蛋白質(zhì)突變，但納米孔測序技術(shù)的出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)了這一局面。利用目前的納米孔肽閱讀器，研究人員可以直接觀察這些“生物學中的暗物質(zhì)”。 

      重復閱讀單個蛋白質(zhì)以提高準確性是很容易理解的。通訊作者Cees Dekker教授做了一個類比:項鏈上的珠子不僅大小不同，顏色也不同。例如，一些紅色的珠子代表附著的磷酸基。另一顆藍色的珠子代表一個連接的糖基。 

       這些變化對蛋白質(zhì)功能至關(guān)重要，也是癌癥等疾病的征兆。我們的新方法將能夠檢測這些變化，從而為癌癥等疾病的檢測和治療提供新的理論基礎(chǔ)。 

       綜上所述，這種可以直接讀取蛋白質(zhì)序列的蛋白質(zhì)組學工具對細胞生物學的研究和應用具有重要意義。 

       本研究展示了一種基于納米孔的單分子肽閱讀器，利用DNA解旋酶Hel308使DNA肽偶聯(lián)物通過生物納米孔MspA，并根據(jù)電流變化讀取線性化蛋白的氨基酸序列。 

       更重要的是，該方法能夠區(qū)分單個氨基酸的變化，具有高保真度和高通量潛力。 

       這一單分子肽閱讀器標志著蛋白鑒定的新突破，并為單分子蛋白測序和單細胞分類開辟了道路。 

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