Тем не менее, PFT вызвали большой интерес помимо бактериальных инфекций. Поры наноразмеров, которые они образуют, используются для «восприятия» биомолекул: биологической молекулы e.грамм. ДНК или РНК проходят через нанопору, как струна, управляемая напряжением, и ее отдельные компоненты (e.грамм. нуклеиновые кислоты в ДНК) издают отчетливые электрические сигналы, которые можно прочитать.
Фактически, зондирование нанопор уже присутствует на рынке в качестве основного инструмента для секвенирования ДНК или РНК.
В публикации в Nature Communications ученые во главе с Маттео Дал Пераро из EPFL изучили еще один важный PFT, который можно эффективно использовать для более сложных зондирований, таких как секвенирование белков.
Токсин представляет собой аэролизин, который продуцируется бактерией Aeromonas hydrophila и является «членом-основателем» большого семейства PFT, обнаруженных у многих организмов.
Одним из основных преимуществ аэролизина является то, что он образует очень узкие поры, которые могут различать молекулы с гораздо более высоким разрешением, чем другие токсины. Предыдущие исследования показали, что аэролизин можно использовать для «ощущения» нескольких биомолекул, но практически не проводилось исследований взаимосвязи между структурой аэролизина и его способностями к молекулярному восприятию.
Исследователи впервые использовали структурную модель аэролизина для изучения его структуры с помощью компьютерного моделирования. Как белок, аэролизин состоит из аминокислот, и модель помогла ученым понять, как эти аминокислоты влияют на функцию аэролизина в целом.
Поняв эту взаимосвязь, исследователи начали стратегически изменять различные аминокислоты в компьютерной модели.
Затем модель предсказала возможное влияние каждого изменения на общую функцию аэролизина.
В конце вычислительного процесса доктор Чан Цао, ведущий автор этой работы, произвел шестнадцать генно-инженерных «мутантных» аэролизиновых пор, встроил их в липидные бислои, чтобы смоделировать их положение в клеточной мембране, и провел различные измерения ( одноканальная запись и эксперименты по молекулярной транслокации), чтобы понять, как ионная проводимость, ионная селективность и свойства транслокации аэролизиновой поры регулируются на молекулярном уровне.
И с помощью этого подхода исследователи наконец обнаружили, что определяет взаимосвязь между структурой и функцией аэролизина: его шапка. Пора аэролизина – это не просто трубка, которая проходит через мембрану, но также имеет структуру, похожую на колпачок, которая притягивает и удерживает целевую молекулу и «тянет» ее через канал поры.
И исследование показало, что именно электростатика в этой области крышки определяет эту взаимосвязь.
«Понимая детали того, как структура поры аэролизина связана с ее функцией, теперь мы можем создавать индивидуальные поры для различных применений зондирования», – говорит Даль Пераро. "Это откроет новые, неизведанные возможности для секвенирования биомолекул, таких как ДНК, белки и их посттрансляционные модификации, с многообещающим применением в секвенировании генов и обнаружении биомаркеров для диагностики."Ученые уже подали патент на их секвенирование и определение характеристик пор аэролизина, созданных с помощью генной инженерии.