پژوهشگران روشی برای ساخت نانوحفره‌های زیستی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان ترکیباتی نظیر پروتئین را تعیین مشخصات کرد.
ساخت نانوحفره برای مشخصه‌یابی پروتئین‌ها
محققان ژاپنی پپتیدهایی را با راهبرد پایین به بالا طراحی کرده‌اند که شامل زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه است و می‌توانند نانوحفره‌های مصنوعی را ایجاد کنند. این نانوحفره برای شناسایی و دسته‌بندی تک مولکولی مواد ژنتیکی در غشای لیپیدی قابل استفاده است. آن‌ها نتایج یافته‌های خود را در Nature Nanotechnology منتشر کردند.
نانوحفره‌های زیستی معمولا کانال‌هایی هستند که توسط پروتئین‌های حفره‌ساز ساخته می‌شوند و می‌توانند مولکول‌های خاصی را شناسایی کنند، اما شناسایی چنین کانال‌های طبیعی دشوار است و در نتیجه کاربرد این نانوحفره‌ها را در حوزه‌هایی نظیر توالی‌یابی DNA کم هزینه و سریع، تشخیص مولکول‌های کوچک و موارد دیگر محدود می‌کند.
ریوجی کاوانو، استاد دانشگاه کشاورزی و فناوری توکیو (TUAT) در ژاپن گفت: «نانوحفره‌ها ابزار قدرتمندی برای تشخیص تک مولکولی بدون برچسب هستند. این اولین باری است که DNA و پلی پپتیدها با استفاده از یک نانوحفره جدید طراحی و شناسایی می‌شوند.»
به گفته کاوانو، این نانوحفره‌های جدید «از ابتدا» ساخته شده‌اند و پتانسیل تقلید پروتئین‌های طبیعی را داشته و توانایی لازم برای شناسایی پروتئین‌های خاص را دارند. کاوانو گفت که این نانوحفره‌ها می‌توانند به‌عنوان ماشین‌های مولکولی مصنوعی استفاده شوند، ماشین‌هایی که قادر به تشخیص طیف وسیع‌تری از مولکول‌ها هستند. چنین فناوری ممکن است به روشن شدن ارتباط بین ساختار و عملکرد در پروتئین‌های هدف کمک کند.
کاوانو با اشاره به اینکه همه پروتئین‌ها ساختار و اندازه منحصر به فردی دارند، گفت: «ساختار تاخورده پروتئین‌ها توسط توالی پلی پپتیدی خطی تعیین می‌شود و عملکرد پروتئین خاصی را ایجاد می کند. ساختار اولیه منحصر به فرد نتیجه تکامل ساختاری مانند جهش و انتخاب اسید آمینه در طول زمان است. آشکار کردن رابطه بین این اطلاعات اولیه و ساختار پروتئین یکی از اهداف نهایی علم است.»
برای توسعه نانوحفره‌های مصنوعی بزرگ که می‌توانند بهتر مولکول‌ها را برای کاربردهای عملی شناسایی کنند، کاوانو و تیمش پپتیدی به‌نام SV28 طراحی کردند. با دو بازوی آمینو اسیدی خم شده در یک زاویه تیز و وجود بارهای خاص در انتهای آن، جهت‌گیری پپتید را می‌توان با اعمال یک ولتاژ دقیقاً کنترل کرد. این پپتید می‌تواند برای تشکیل ساختارهای نانوحفره‌ای در اندازه‌های ۱٫۷ تا ۶٫۳ نانومتر جمع شود که برای شناسایی مولکول‌های DNA مناسب است.
محققان همچنین SV28 را با افزودن جهشی اصلاح کردند که باعث می‌شود ساختار پپتید به روش‌های خاصی خم شود و بپیچد. پپتید حاصل منافذ پراکنده یکنواختی به ابعاد ۱٫۷ نانومتر را تشکیل داد که قادر به تشخیص یک زنجیره پلی‌پپتیدی یا نیمی از یک پروتئین بود.
این دستاورد می‌تواند برای تسهیل درک رابطه بین ساختار و عملکرد پروتئین اعمال شود. برای مراحل بعدی، این تیم تحقیقاتی قصد دارد پپتیدها و پروتئین‌های مختلفی را برای ساخت انواع مختلفی از نانوحفره‌ها طراحی کند تا از آن‌ها برای کمک به توالی‌یابی پپتید، به‌عنوان روبات‌های مولکولی استفاده کند.
