一组由牛津大学领导的科学家在蛋白质结构变化的检测上取得了显著进展。该研究成果发表在《自然纳米技术》期刊，采用了创新的纳米孔技术，能够在单分子层面识别结构变化，甚至深入到长蛋白质链的内部。
人类细胞中大约有20,000个编码蛋白质的基因，但实际观察到的蛋白质数量远超此数，已知存在超过100万种不同的结构。这些变异是通过一种称为翻译后修饰（PTM）的过程产生的，该过程发生在蛋白质从DNA转录后。
PTM会引入结构变化，例如在组成蛋白质的单个氨基酸上添加化学基团或碳水化合物链，从而导致同一蛋白质链产生数百种可能的变异。
这些变异在生物学中扮演着重要角色，通过精确调节单个细胞内复杂的生物过程。绘制这种变异图谱将揭示大量有价值的信息，彻底改变我们对细胞功能的理解。然而，迄今为止，生成全面的蛋白质清单仍然是一个难以实现的目标。
为了解决这一问题，牛津大学化学系的研究团队成功开发了一种基于纳米孔DNA/RNA测序技术的蛋白质分析方法。在该方法中，水的定向流动捕获并将3D蛋白质展开为线性链，这些线性链通过微小的孔，孔的宽度仅足以让单个氨基酸分子通过。
结构变化是通过测量施加在纳米孔上的电流变化来确定的。不同的分子在电流中产生不同的干扰，赋予它们独特的特征。
该团队成功证明了该方法在单分子水平上检测超过1200个残基长的蛋白质链的三种不同PTM修饰（磷酸化、谷胱甘肽化和糖基化）的有效性，包括蛋白质序列深处的修饰。重要的是，该方法不需要使用标签、酶或其他试剂。
研究小组表示，这种新的蛋白质表征方法可以轻松集成到现有的便携式纳米孔测序设备中，使研究人员能够快速建立单个细胞和组织的蛋白质清单。这将促进即时诊断，实现与癌症和神经退行性疾病等疾病相关的特定蛋白质变异的个性化检测。
牛津大学化学系的qingyujia教授是这项研究的主要作者，他表示：“这种简单而强大的方法开辟了许多可能性。最初，它允许检查单个蛋白质，例如与特定疾病相关的蛋白质。从长远来看，这种方法有潜力在细胞内创建更多的蛋白质变异清单，从而更深入地了解细胞过程和疾病机制。”
Hagan Bayley教授（牛津大学化学系）是牛津纳米孔技术公司的联合创始人和撰稿人，他补充道：“在单分子水平上精确定位和识别翻译后修饰及其他蛋白质变异的能力，对促进我们对细胞功能和分子相互作用的理解具有巨大的潜力。这也可能为个性化医疗、诊断和治疗干预开辟新的途径。”
这项工作是与伦敦国王学院的机械生物学家Sergi Garcia-Maynes和弗朗西斯克里克研究所的研究小组合作进行的。
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