Nanopore teknologi, som används för att sekvensera DNA, är billig, handhållen och arbetar i djungeln och i rymden. Användningen av denna teknik för att identifiera peptider eller proteiner är nu ett steg närmare. Forskare från University of Groningen har använt en patenterad nanopore för att identifiera fingeravtrycken av proteiner och peptider, och den kan till och med detektera polypeptider som skiljer sig åt med en aminosyra. Resultaten publicerades den 16 oktober i tidskriften Naturkommunikation .

University of Groningen forskare har kunnat identifiera ett antal peptider och proteiner som passerar genom en trattformad nanopore. De har löst två huvudproblem som har hindrat försök att analysera och sekvensera proteiner med nanoporer:få in polypeptider i porerna och identifiera skillnader i proteiner genom att registrera ström. "Nanoporer bär vanligtvis en laddning, och aminosyrorna som utgör polypeptiderna är också laddade. Att få polypeptiden in i poren och att passera genom nanoporer är därför en utmaning', förklarar docent i kemisk biologi Giovanni Maglia.

Fingeravtryck

Han använde ett elektroosmotiskt flöde för att dra polypeptiderna in i porerna. Under en tillämpad potential över nanopore, ett flöde av joner och vatten passerar genom poren.' Om jonströmmens riktning kan styras, ett vätskeflöde som är tillräckligt starkt för att transportera polypeptider kan alstras. "Vi gjorde detta genom att trimma laddningarna inuti porväggen. Genom att ändra mediets pH, det var möjligt att finjustera balansen mellan det elektroosmotiska flödet och kraften från det elektriska fältet som applicerades över poren.'

Maglia testade fem olika polypeptider från 1 till 25 kilodalton. "Vi använde biomarkörpeptider kopplade till sjukdom, med olika laddningar och former', han säger. Polypeptiderna kom in i poren och strömmen över poren producerade ett "fingeravtryck" för var och en. Han lyckades därmed urskilja två versioner av peptiden endotelin med 21 aminosyror, som skiljer sig med bara en aminosyra (tryptofan eller metionin).

Sekvensering

Att få en bra läsning från en nanopore är komplicerat. Maglia använde en ny sorts por som han karakteriserade och patenterade. "Porerna som användes tidigare är tunnformade, vilket innebär att formen och storleken på poren har grundläggande begränsningar. Men vår por har en alfaspiralformad tratt, och storleken på den smala änden, det är där vi gör våra mätningar, betyder att den bara ska innehålla en aminosyra, så det är lättare att ställa in.'

För närvarande, polypeptiderna passerar genom porerna för snabbt för att identifiera de separata aminosyrorna. Detta behövs för proteinsekvensering i enkelmolekylskala. Det skulle vara ett värdefullt verktyg för forskning, förklarar Maglia:"Proteiner kan modifieras kemiskt på många unika sätt, och vi har väldigt lite information om den exakta sammansättningen av proteiner i vår kropp.' Detta kan bara ses på singelmolekylnivå.

Maglia:"Molekylär diagnostik och upptäckt av biomarkörer bör dra särskilt nytta av en molekylkarakterisering av proteomer." Det är en stor fördel att nanopore-teknologi redan har utvecklats för DNA-sekvensering. Denna teknik är snabb, billig och robust:nanopore-sekvenseringsenheter används i fält och en har till och med skickats upp till den internationella rymdstationen. Att använda en liknande teknik för att identifiera proteiner skulle kräva mindre anpassningar, främst i porerna. 'I teorin, vi kan bygga en ansökan imorgon.'