Forskare från de tekniska universiteten i Delft och München har uppfunnit en ny typ av molekylär fälla som kan hålla ett enda protein på plats i timmar för att studera dess naturliga beteende - en miljon gånger längre än tidigare. Den nya NEOtrap-tekniken gör det möjligt för forskare att använda elektriska strömmar för att studera proteiners livfulla natur, som kan utlösa innovation inom biomedicin, bioteknik, och mer.

Även om proteiner är avgörande för livet – ger dig syn och neurala kopplingar för att läsa den här texten, till exempel – hur de ändrar form är fortfarande dåligt förstådda. Som publicerat måndagen den 30 augusti i Naturens nanoteknik , ett team ledd av Cees Dekker vid Delft University of Technology utvecklade en ny teknik, kallad Nanopore Electro-Osmotic trap (NEOtrap), att studera enskilda proteinmolekyler mycket längre än vad som var möjligt tidigare. NEOtrap låter forskarna mäta hur enskilda proteiner ändrar sin form över tid.

Som en kork på en flaska

NEOtrap kombinerar två nanoteknologier:nanoporer i fast tillstånd och DNA-origami. Nanoporer är små hål som forskare använder som sensorer för enskilda molekyler som proteiner. Eftersom proteiner normalt passerar genom det lilla hålet på mikrosekunder, de kan endast spelas in kort. Genom att täta nanohålet med en boll i nanoskala helt byggd av DNA (!), forskarna kan låsa proteinet på plats i timmar, ungefär som en kork förseglar en flaska vin. Hendrik Dietz och hans grupp vid Technical University of München byggde denna nanoboll med ett tillvägagångssätt som kallas "DNA origami" - en teknik som efterliknar makroskalig origamivikning - med DNA-strängar i nanoskala snarare än papper.

Huvudförfattare till tidningen Sonja Schmid, som utvecklade NEOtrap som postdoc i Dekkers labb, förklarar:"Denna DNA-origami nanoboll fungerar som en svamp som suger vatten genom nanoporen, attraherar ett enda protein till nanoporen och fångar det där. Det betyder att vi kan studera det proteinet under mycket långa tidsperioder. I detta arbete visar vi redan att vi kan skilja mellan olika typer av proteiner, och till och med olika funktionella former av ett och samma protein."

Radikala framsteg inom området

Cees Dekker tillägger:"Denna nya teknik är verkligen ett stort steg framåt - en anonym recensent av vår tidning kallade den "en av de mest radikala framstegen inom nanoporavkänningsområdet." NEOtrap gör det möjligt för oss att fånga ett enda naturligt protein utan att behöva modifiera molekylen av intresse, i motsats till tidigare tekniker. Denna teknik kan, till exempel, hjälpa forskare att avslöja den underliggande mekanismen för enzymer och andra viktiga proteiner som ändrar form för att underlätta kemiska reaktioner."

NEOtrap gör det möjligt för forskare över hela världen att köra helt nya experiment, med potential att avslöja tidigare förbisedda funktionella egenskaper hos proteiner och därmed sätta igång innovation inom biomedicin, bioteknik, och mer. Schmid (som nu startade sitt eget labb i Wageningen) och Dekker planerar många uppföljningsstudier av dynamiken hos enskilda proteiner under de kommande åren.