ナノポア（別名、膜貫通βバレルポア（TMB））は、おそらく核酸（DNAとRNAの両方）の配列決定における役割で最もよく知られています。また、ペプチドの配列決定にも使用できます。ナノポアは、センシングおよび配列決定アプリケーションをポータブル（USBサイズ）デバイスやポイントオブケアテクノロジーに小型化できるという点で、大きな利点があります。
ナノポアを設計するための現在のアプローチは、天然に存在するタンパク質に限定されており、これはセンサー開発の理想的な出発点とは言えません。実際、これらのタンパク質には複雑な要件があります。
現在、ベルギーのVIB-VUB構造生物学センターとシアトルのワシントン大学医学部が主導する研究では、楕円形から正方形、三角形までさまざまな形状と、さまざまな直径と孔形状を持つTMB孔をゼロから設計する一般的なアプローチが説明されており、最終的な目標は分子レベルで形状と化学を制御することです。この研究は、単一分子分析の新たな機会を切り開きます。
研究結果は、 科学 記事では、「新規タンパク質設計を通じて導電性ナノポアのサイズと形状を彫刻します。”
「このコラボレーションは、タンパク質設計で何ができるかを示す素晴らしい例です」と、ワシントン大学医学部の教授であり、HHMI の研究員でもあるデビッド・ベイカー博士は述べています。「自然界の生体分子を再利用するのではなく、第一原理から必要な機能を作り出すことができるようになりました。」
研究者らは、コンピューター設計の助けを借りて、調整可能な細孔の形状、サイズ、および伝導性を備えた安定したナノ細孔チャネルを設計する方法を開発した。核磁気共鳴と結晶構造解析によって特徴付けられた細孔は安定していることが示され、研究や産業で関心のある多くの用途に適したナノ細孔チャネルを新規に設計する道が開かれた。より具体的には、設計は「110ピコジーメンス（細孔直径約0.5ナノメートル）から430ピコジーメンス（細孔直径約1.1ナノメートル）の範囲の細孔直径と相関する明確な伝導性を持つ」。概要では、この研究の重要な特徴の1つは、凝集を防ぎ、膜への折り畳みを容易にするために二次構造に切断を組み込んだことであると指摘されている。
「これらの開発は非常にエキサイティングです」と、VIB-VUB構造生物学センターのグループリーダーであるアナスタシア・ボロビエワ博士は述べています。「数年前にこのアイデアを思いついたとき、多くの人が不可能だと思っていました。なぜなら、βシートの設計と折り畳みは信じられないほど複雑で、脂質膜の場合はなおさらです。しかし、現在、私たちは、安定した再現性のある伝導性を持つナノポアを高い成功率で設計できることを示しました。」
ベイカー研究室のチームは、小分子代謝物に特異的に結合できる新しいタンパク質の設計に成功しました。彼らはタンパク質を 3 つの部分に分割し、各部分を TMB 細孔のループに融合しました。彼らは、この構造を使用して単一分子結合イベントを直接検出できることを発見しました。
著者らは、「デノボタンパク質設計は、原理的には、任意の望ましい特性を持つ新しいナノポアを無制限に作成できる」と指摘している。この研究は、さまざまなナノポアを備えたポータブルデバイスが、さまざまな代謝物、タンパク質、小分子を感知できるという考えを前進させるものである。
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#計算タンパク質設計を用いてゼロから設計されたナノポア
2024-07-22 09:25:56