Опасный токсин превращается в биосенсор
Москва, 14:32, 29 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Некоторые виды бактерий обладают способностью пробивать отверстия в других клетках и убивать их. Они делают это, высвобождая специализированные белки, называемые «порообразующими токсинами» (PFT), которые фиксируются на мембране клетки и образуют трубчатый канал-пору, проходящий через нее. Пробитая несколькими PFT, клетка-мишень самоуничтожается.
Тем не менее, PFT вызвали большой интерес помимо бактериальных инфекций. Наноразмерные поры, которые они образуют, используются для «восприятия» биомолекул: биологической молекулы, например ДНК или РНК проходит через нанопоры, как струна, управляемая напряжением, и ее отдельные компоненты (например, нуклеиновые кислоты в ДНК) выдают четкие электрические сигналы, которые могут быть считаны. Фактически, обнаружение нанопор уже используется как основной инструмент для секвенирования ДНК или РНК.
Публикуясь в журнале Nature Communications, ученые во главе с Маттео Даль Пераро из EPFL изучили еще один крупный PFT, который можно эффективно использовать для более сложного зондирования, такого как секвенирование белка. Токсином является аэролизин, который вырабатывается бактерией Aeromonas hydrophila, и является «членом-основателем» основного семейства PFT, обнаруженного во многих организмах.
Одним из основных преимуществ аэролизина является то, что он образует очень узкие поры, которые могут отличать молекулы с гораздо более высоким разрешением, чем другие токсины. Предыдущие исследования показали, что аэролизин можно использовать для «определения» нескольких биомолекул, но не было проведено каких-либо исследований взаимосвязи между структурой аэролизина и его способностями к молекулярному восприятию.
Исследователи начали стратегически менять различные аминокислоты аэролизина в компьютерной модели. Затем модель предсказала возможное влияние каждого изменения на общую функцию токсина.
В конце вычислительного процесса доктор Чан Цао, ведущий автор этой работы, создал шестнадцать генно-инженерных «мутантных» пор аэролизина, внедрил их в липидный бислой для имитации их положения в клеточной мембране и провел различные измерения (одноканальная запись и эксперименты по молекулярной транслокации), чтобы понять, как ионная проводимость, ионная селективность и транслокационные свойства поры аэролизина регулируются на молекулярном уровне.
И с этим подходом исследователи наконец нашли то, что движет отношения между структурой и функцией аэролизина: его колпачок. Аэролизиновая пора — это не просто трубка, которая проходит через мембрану, но также имеет структуру в форме колпачка, которая притягивает и привязывает целевую молекулу и «вытягивает» ее через канал поры. И исследование показало, что именно электростатика в этой области колпачка определяет эти отношения.
«Понимая детали того, как структура поры аэролизина соединяется с ее функцией, мы теперь можем создавать собственные поры для различных областей применения датчиков», — говорит профессор Даль Пераро. «Это откроет новые, неисследованные возможности для последовательности биомолекул как ДНК, белков и их посттрансляционных модификаций с многообещающими применениями в секвенировании генов и обнаружении биомаркеров для диагностики».
Ученые уже подали патент на их последовательность и характеристику генно-инженерных пор аэролизина.
