Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • РОИ

С точностью до молекулы

ДНК и нанотрубки объединили для «опознания» одиночных белков

Владимир Королёв, N+1

Материаловеды из Гарварда, Массачусетского технологического института и Университета Калифорнии разработали сенсор, способный обнаружить выделение одиночные молекулы белка, выделяемые микроорганизмами. В его основе лежит «лес» из углеродных нанотрубок, связанных с ДНК-аптамерами. Ученые надеются, что устройство поможет исследовать коммуникацию между бактериями – обмен сигнальными молекулами, позволяющий им координировать экспрессию генов. Исследование опубликовано в журнале NatureNanotechnology (Landry et al., Single-molecule detection of protein efflux from microorganisms using fluorescent single-walled carbon nanotube sensor arrays), кратко о нем сообщает пресс-релиз MIT New sensors can detect single protein molecules.

Single-molecule1.jpg
Внешний вид системы для качественного анализа одиночных белков
(здесь и ниже рисунки из статьи в Nature Nanotechnology).

Белки в клетке выполняют огромное количество функций: ускоряют химические реакции, служат каналами для ионов, позволяют клеткам общаться между собой и выполняют транспортные функции (например, гемоглобин в крови). В связи с этим существует большое количество разных белков, и выделить среди их смеси какой-то конкретный достаточно сложно. Один из способов – использовать для этого белковые антитела, способные связываться только с интересующими молекулами.

Однако прочные комплексы с белками образуют не только другие белки. Некоторые короткие цепочки ДНК или РНК могут связываться с исследуемым белком даже сильнее, чем антитела. Такие частицы называют аптамерами. В традиционных методах качественного анализа требуются концентрации белков порядка миллионов частиц в миллилитре. В то же время для исследования синтеза белков в одиночном организме требуется детектировать частицы на уровне одиночных молекул. Подобные технологии существуют лишь для меченых белков.

Авторы новой работы предложили конструкцию сенсора, способного обнаружить отдельные молекулы исследуемого белка, не требуя для этого изотопных или флуоресцентных меток в его составе. В основе метода лежит способность углеродных нанотрубок к флуоресценции. Характеристики их излучения зависят от окружения частиц.

Single-molecule2.jpg
Спектры флуоресценции углеродных нанотрубок
со свободным аптамером и с комплексом аптамер-белок.

Сам сенсор состоит из массива углеродных нанотрубок, к которым привязаны аптамеры. В тот момент, когда искомый белок приближается к одной из таких нанотрубок, происходит образование молекулярного комплекса. Это предсказуемым образом смещает длину волны флуоресценции нанотрубки – ученые считывают соответствующий сигнал. Сам сенсор помещен внутрь микрофлюидной ячейки, внутри которой находятся и исследуемые организмы. Считывание флуоресценции происходит с помощью инфракрасного микроскопа.

Главная сложность состояла в том, что аптамеры меняют свою конфигурацию, будучи привязанными к нанотрубкам напрямую, и теряют селективность к белкам. Чтобы этого избежать, ученые разработали аптамеры с гибкими «хвостами», позволяющими молекулам присоединяться к углеродным нанотрубкам не искажая формы. Сенсор был опробован на нескольких молекулах – сигнальном белке RAP1 и вирусном белке HIV1-интегразе.

По словам ученых, методика практически не имеет ограничений по минимальной концентрации детектируемых частиц – сенсор способен увидеть даже одиночные молекулы белков. Однако, чем меньше концентрация детектируемого вещества, тем больше требуется времени на то, чтобы его обнаружить. Основным применением для сенсора может стать исследование синтеза белков в организмах. К примеру, биофармацевтические компании смогут контролировать в режиме реального времени темпы синтеза и качество белков, производимых генно-модифицированными организмами.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 25.01.2017


Читать статьи по темам:

биосенсоры нанотрубки биомолекулы Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Наномедицинская революция

В статье описаны пять наномедицинских достижений прошлого года, а также стоящие за ними исследователи.

читать

Татуировка из нанотрубок для мониторинга глюкозы в крови

«Чернила» из взвешенных в растворе нанотрубок будут вводить под кожу руки пациента в виде своеобразной татуировки. Концентрацию глюкозы в крови будет показывать датчик, похожий на наручные часы.

читать

«Гормонометры» на основе углеродных нанотрубок

Чипы, на поверхность которых с помощью струйного принтера нанесены углеродные нанотрубки, в будущем позволят, не выходя из дома, быстро определять содержание гормонов в крови.

читать

Нанотрубки выявляют канцерогены в живых клетках

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали наносенсоры, позволяющие обнаружить в живых клетках единичные молекулы веществ, повреждающих ДНК.

читать

C точностью до наномоля

Американские ученые создали миниатюрный универсальный сенсор, который в реальном времени измеряет концентрацию различных молекул в крови лабораторных животных.

читать

Карманный спектрометр для параллельной диагностики рака

Американские ученые разработали совместимый со смартфоном спектроскоп, который может одновременно измерять концентрацию маркеров рака в восьми пробах биоматериала.

читать