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超薄纳米片如何聪明地捕捞蛋白质

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-16 】 点击次数:
来自法兰克福和耶拿的一个跨学科团队开发了一种诱饵,可以从混合物中提取蛋白质复合物。由于这种“诱饵”,所需的蛋白质可以更快地用于电子显微镜的进一步检查。研究团队将这种创新的超薄分子碳层称为“智能纳米片”。例如,借助这一新发展,可以更好地了解疾病及其药物治疗。
借助标记(带有五边形的红色链),借助镍复合物将待检查的蛋白质复合物(黄色)连接到智能纳米片上。不需要的蛋白质(灰色)被水凝胶(黑色网格)排斥。冻结包括水薄膜在内的整个结构后,可以用电子对其进行照射以获得结合蛋白的图像,然后计算机可以从中计算出蛋白质的3D结构。图片来源:Andrey Turchanin / Zian Tang
“通过我们的方法,可以在一周内从混合物中分离出新型蛋白质,并对其进行表征,”法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所的丹尼尔·里诺说。“迄今为止,仅仅分离蛋白质通常是持续数年的博士学位的一部分。” 几年前,这个想法与安德烈亚斯·特福(Andreas Terfort)(歌德大学)和安德烈·图尔坎宁(Andrey Turchanin)(弗里德里希·席勒大学耶那(Jena))一起发展了,通过在纳米片上装备目标蛋白所结合的识别位点,直接从混合物中捕捞所需蛋白质。现在,研究人员已经成功地通过“智能纳米片”使蛋白质直接用于电子冷冻显微镜检查。
 
电子低温显微镜基于在-150°C以下的温度下样品的冷冻冻结。在此过程中,蛋白质保持其结构,不需要干扰性的固定剂和着色剂,并且电子可以轻松照射冷冻的物体。结果是最小的结构的高分辨率三维图像,例如病毒和DNA,几乎可以缩小到氢原子的大小。
 
在制备过程中,蛋白质会在微小的金属网格上极薄的水中骤冷。以前,在电子显微镜下检查样品之前,必须先通过复杂的程序(通常会导致大量材料损失)进行清洁。仅在水层中仅结合一种蛋白质的情况下,电子显微镜检查程序才能成功。
 
Turchanin领导的研究小组现在使用的纳米片只有一纳米厚,由交联的分子自组装单分子层组成。Terfort小组在此纳米片上涂了胶凝剂,作为冷冻所需水薄膜的基础。然后,研究人员将识别位点(带有镍离子的特殊次氮基三乙酸基团)附着在其上。Rhinow领导的团队使用经过这种方式处理的智能纳米片将蛋白质从混合物中分离出来。这些预先用组氨酸链标记,通过它们与识别位点结合。所有其他干扰颗粒都可以冲洗掉。然后可以用电子显微镜直接检查结合蛋白的纳米片。
 
“我们的智能纳米片特别有效,因为水凝胶层稳定了所需的水薄膜,同时抑制了干扰颗粒的非特异性结合,”歌德大学的朱利安·谢尔(Julian Scherr)解释说。“通过这种方式,分子结构生物学现在可以更快地检查蛋白质的结构和功能。” 从中获得的知识可以用于例如更好地了解疾病及其药物治疗。
 
该团队已为新的纳米片申请了专利,并且还已经找到了一家制造商,该制造商将把这种有用的工具推向市场。

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