潮科技使用毒素开发细胞级生物传感器

编者按：本文来自微信大众号“MEMS”（ID：MEMSensor），作者麦姆斯咨询殷飞，原文标题《假装是块“肌肉”，复旦大学研制新式打针植入传感器》，36氪经授权发布，略有删减。

某些类型的细菌具有对其他细胞“打孔”然后杀死它们的才能。这些细菌经过开释一种被称为“成孔毒素”（PFT）的特别蛋白质，然后将这种蛋白质锁附在方针细胞的细胞膜上，构成穿过细胞膜的管状通道。这种贯穿细胞膜的结构就是所谓的孔。经过多个 PFT 打孔，方针细胞便会自我凋亡。

不过，研讨人员对 PFT 的爱好远不止细菌感染。它们“打孔”构成的纳米级孔洞还能够用于生物分子感测：生物分子（例如DNA或RNA）能够像由电压操控的线相同穿过这些纳米孔，其各组分（例如 DNA 中的核酸）能够供给可读出的共同电信号。事实上，纳米孔感测现已作为一种 DNA 或 RNA 测序的重要东西投放市场。

据麦姆斯咨询报导，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）科学家 Matteo Dal Peraro 领导的一项研讨近期在 Nature Communications 宣布，他们研讨了另一种重要 PFT，能够轻松又有效地用于更杂乱的感测使用，例如蛋白质测序。他们研讨的 PFT 是气溶素（aerolysin），由嗜水气单胞菌细菌发生，是在许多生物体中发现的 PFT 首要宗族的“开创成员”。

气溶素的首要长处之一是它构成的孔十分狭隘，比较其他毒素的“分辨率”要高得多。之前的研讨标明，气溶素能够用于“感知”多种生物分子，但关于气溶素结构及其分子感测才能之间联系的研讨很少。

图片来自：MEMS

研讨人员首要使用气溶素的结构模型经过核算机模仿研讨了其结构。气溶素是一种由氨基酸组成的蛋白质，该模型协助科学家们了解了这些氨基酸一般怎么影响气溶素的功用。

研讨人员一旦把握了其结构和功用之间的联系，便能够从战略上改动核算机模型中的氨基酸。然后，使用模型猜测了每种结构改变对气溶素全体功用的或许影响。

经过核算，这项研讨的首要作者 Chan Cao 博士获得了16个基因工程改造的“骤变”气溶素孔，并将它们嵌入双层脂质中以模仿它们在细胞膜中的效果，然后进行了各种丈量 （单通道记载和分子易位试验），以了解怎么在分子水平上调节气溶素孔的离子电导率、离子选择性和易位特性。

经过这种办法，研讨人员终究找到了影响气溶素结构和功用之间联系的要素：气溶素“帽”。研讨发现，气溶素孔不仅是穿过细胞膜的通道，并且还具有帽状结构，能够招引并捆绑方针分子，并经过通道“拉动”它们。别的，影响“拉动”分子的是气溶素帽区域的静电。

“经过了解气溶素孔的结构怎么影响其功用，咱们现在能够规划出面向不同传感使用的定制孔洞。” Dal Peraro 说，“这将为测序 DNA、蛋白质及其转译后润饰的生物分子拓荒新或许，并有望用于基因测序和确诊用生物标志物检测。”

现在，研讨人员现已为这种基因工程气溶素孔的测序和表征使用申请了专利。