今日，頂尖學術期刊在線發表一篇重要論文——科學家首次使用納米孔技術，以單氨基酸的分辨率，對蛋白質序列進行了直接讀取，可謂是納米孔技術一大重量級的概念驗證。

說到納米孔技術，很多人會想到DNA測序。的確，在這一領域，納米孔技術已經得到了非常廣泛的應用。它的原理也很容易理解——當長鏈DNA分子通過納米尺寸的空隙時，會隨著堿基的不同，產生相應的電流變化。而通過儀器識別這種電流變化，就可以反推出相應的堿基，從而還原DNA的序列。

可能有人會問，蛋白序列不是由DNA序列決定的嗎？既然已經能對DNA進行測序了，我們為啥又要去測蛋白序列呢？這是因為最終蛋白產物并不總與DNA所編碼的相一致，有一些蛋白還會發生翻譯后的修飾。

▲納米孔技術對DNA測序的示意圖（圖片來源：DataBase Center for Life Science (DBCLS), CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons）

那納米孔是怎么用在蛋白質序列的讀取上的呢？第一作者Henry Brinkerhoff博士解釋說，大的原則還是沒有變化。我們可以將組成蛋白質的多肽鏈看成是一串項鏈，項鏈上的珠子就是尺寸大小各異的氨基酸。

而測序的過程，就是將多肽鏈穿過納米孔，也就好比是項鏈穿過下水管道。如果珠子比較大，堵住了管道，那么流通的水就會變少。相反，如果珠子比較小，那么流過的水就會變多。通過比較水流的變化，就可以精準地分析出通過下水管道的珠子順序。

在實際操作中，儀器檢測的是離子的流動產生的電信號，以此推出通過納米孔的氨基酸的先后順序。

在論文里，科學家們證明了這一技術的精準性。一條DNA-多肽偶聯物被拖過由MspA蛋白組成的納米孔后，能準確讀出多肽上的氨基酸序列。而倘若更改了其中的一個氨基酸，機器也能準確地識別出這一變化。

▲黃色的DNA與紫色的多肽相偶聯，在紅色的酶的拖動下，偶聯物穿過湖綠色的納米孔，并讀出不同氨基酸產生的信號（橙色發光部位）（圖片來源：Cees Dekker Lab TU Delft / SciXel.）

研究人員們還指出，這一技術的另一大亮點在于能反復讀取一條多肽鏈序列，進行平均處理，獲得幾乎100%準確的氨基酸順序。論文摘要提到，在單氨基酸的檢測上，錯誤率可以低于10的負6次方。

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Henry Brinkerhoff et al., (2021), Multiple rereads of single proteins at single–amino acid resolution using nanopores, Science, DOI: 10.1126/science.abl4381

[2] Scanning a single protein, one amino acid at a time, Retrieved November 4, 2021, from https://www.eurekalert.org/news-releases/933889

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