Denna figur illustrerar en protein nanoporbaserad sensor för detektering av proteiner i en komplex biologisk vätska med enkelmolekylär precision. På vänstra sidan, sensorn, som är ett konstruerat transmembranprotein, antar en konformation med en "bobber" som rör sig vid spetsen av poren. På höger sida, fångsten av bytesproteinet drar bobbern bort från nanoporeöppningen. Facket på toppen av membranet innehåller blodserum. Dessutom, en spänning appliceras mellan båda sidor av membranet för att generera en elektrisk ström, skapa en signal som forskare kan övervaka och se när ett protein kommer in i nanoporen. Kredit:Jiaxin Sun och Liviu Movileanu.
Som att hitta en nål i en höstack, Liviu Movileanu kan hitta en enda molekyl i blodet. Movileanu, professor vid Syracuse University, och nyligen utexaminerad Ph.D. Studenten Avinash Thakur kommer att presentera sin forskning på måndag, 17 februari vid det 64:e årsmötet för Biophysical Society i San Diego, Kalifornien. Deras nya teknologi har omfattande tillämpningar från diagnostiska tester till läkemedelsupptäckt.
Movileanu började "jaga protein-proteininteraktioner under sjukdomsliknande förhållanden" efter sina postdoktorala studier. Som postdoc, han började använda nanoporer, små hål i cellmembranen genom vilka forskare skjuter elektriska strömmar. När en enskild molekyl, som ett protein, kommer in i poren förändras den elektriska strömmen på ett sätt som gör det möjligt för forskare att identifiera molekylens identitet. Men för att förstå hur olika proteiner interagerar med varandra, han behövde modifiera systemet. En av utmaningarna var att grupperade proteiner är för stora för att passa in i nanoporen, där mätningen vanligtvis sker. För att övervinna detta, Thakur och Movileanu gick och fiskade.
Thakur och Movileanu skapade molekylärt "fiske" genom att smälta en modifierad receptor som fungerar som en "krok och bete, "via en kort flexibel proteinlinje, " till ett protein nanopore "spö och rulle." Sedan lade de till lite extra protein som fungerar som en fiske "bobber." När det inte finns något på "kroken" guppar den snabbt in i och ut ur nanoporen. Ändå, när något griper tag slutar det att röra sig, som varnar forskarna om att det är något på "kroken". Detta geniala tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att använda en por som är för liten för att stora proteinkomplex ska kunna bli en sensor för proteininteraktioner.
Till skillnad från fiskebete, där en mask kan fånga en öring eller en havskatt, Thakur och Movileanus bete är både extremt specifikt och helt anpassningsbart för att hitta alla proteiner av intresse, och det fungerar till och med i komplexa lösningar som blod- eller biopsiprover. Denna exakta proteinteknik har praktisk betydelse i diagnostik, och på grund av dess specificitet finns det inga potentiella falskt positiva signaler som produceras av beståndsdelarna i ett komplext biofluidprov. Dessutom, beräkningar med flera av dessa "fiskespön" kan avslöja koncentrationen av proteinet av intresse i lösningen.
"Den här sensorn har realistiska utsikter inom många biomedicinska områden, " säger Movileanu. Det skulle kunna skalas upp till att inkludera många proteiner för att diagnostisera sjukdomar, upptäcka sjukdomsbiomarkörer, eller hitta nya läkemedel som stör eller förbättrar proteininteraktioner. "Vi demonstrerade proof of concept, sade Movileanu, och nästa steg är att skala upp det för att hitta nålarna i många fler höstackar.
