Molekylær fælde tillader undersøgelse af enkelte proteiner

Forskere fra de tekniske universiteter i Delft og München har opfundet en ny type molekylær fælde, der kan holde et enkelt protein på plads i timevis for at studere dets naturlige adfærd - en million gange længere end før. Den nye NEOtrap-teknik gør det muligt for forskere at bruge elektriske strømme til at studere proteiners levende natur, som kan sætte gang i innovation inden for biomedicin, bioteknologi, og mere.

Selvom proteiner er afgørende for livet - giver dig syn og neurale forbindelser til at læse denne tekst, for eksempel - måden, de ændrer form på, er stadig dårligt forstået. Som offentliggjort mandag den 30. august i Natur nanoteknologi , et team ledet af Cees Dekker ved Delft University of Technology udviklede en ny teknik, kaldet Nanopore Electro-Osmotic trap (NEOtrap), at studere individuelle proteinmolekyler i meget længere tid, end det var muligt før. NEOtrap giver forskerne mulighed for at måle, hvordan enkelte proteiner ændrer deres form over tid.

Som en prop på en flaske

NEOtrap kombinerer to nanoteknologier:solid state nanopores og DNA origami. Nanoporer er små huller, som forskere bruger som sensorer for enkelte molekyler såsom proteiner. Da proteiner normalt passerer gennem det lille hul på mikrosekunder, de kan kun optages kortvarigt. Ved at forsegle nanohullet med en kugle i nanoskala bygget udelukkende af DNA (!), forskerne kan låse proteinet på plads i timevis, ligesom en prop forsegler en flaske vin. Hendrik Dietz og hans gruppe ved Technical University of München byggede denne nano-bold ved hjælp af en tilgang kaldet "DNA origami" - en teknik, der efterligner makroskala origami-foldning - ved at bruge nanoskala DNA-strenge i stedet for papir.

Hovedforfatter af avisen Sonja Schmid, der udviklede NEOtrap som postdoc i Dekkers laboratorium, forklarer:"Denne DNA-origami nanokugle virker som en svamp, der suger vand gennem nanoporen, tiltrække et enkelt protein til nanoporen og fange det der. Det betyder, at vi kan studere det protein i meget lange perioder. I dette arbejde demonstrerer vi allerede, at vi kan skelne mellem forskellige typer proteiner, og endda forskellige funktionelle former af et og samme protein."

Radikale fremskridt på området

Cees Dekker tilføjer:"Denne nye teknik er virkelig et stort skridt fremad - en anonym anmelder af vores papir kaldte det "et af de mest radikale fremskridt inden for nanopore-sansning." NEOtrap gør det muligt for os at fange et enkelt naturligt protein uden behov for at modificere molekylet af interesse, i modsætning til tidligere teknikker. Denne teknik kan, for eksempel, hjælpe forskere med at afdække den underliggende mekanisme af enzymer og andre vigtige proteiner, der ændrer deres form for at lette kemiske reaktioner."

NEOtrap gør det muligt for forskere over hele kloden at køre helt nye eksperimenter, med potentialet til at afsløre tidligere oversete funktionelle træk ved proteiner og dermed udløse innovation inden for biomedicin, bioteknologi, og mere. Schmid (som nu startede sit eget laboratorium i Wageningen) og Dekker planlægger mange opfølgende undersøgelser af dynamikken i enkeltproteiner i de kommende år.