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超薄纳米片如何聪明地捕捞蛋白质

导读 法兰克福/耶拿来自法兰克福和耶拿的一个跨学科团队开发了一种诱饵,利用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...

法兰克福/耶拿来自法兰克福和耶拿的一个跨学科团队开发了一种诱饵,利用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。

“通过我们的工艺,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,仅仅分离蛋白质经常是长达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·图尔香(Andrey Turchanin,弗里德里希·席勒大学(Friedrich Schiller University Jena))一起发展,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。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以下的温度对样品进行冲击冷冻。在此过程中,蛋白质保持其结构,不需要干扰固定剂和着色剂,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(通常会浪费大量材料)清洗样品。只有在水层中仅结合一种蛋白质时,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的小组在此纳米片上涂了胶凝剂,作为冷冻所需的水薄膜的基础。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。

歌德大学的朱利安·谢尔(Julian Scherr)解释说:“我们的智能纳米片特别有效,因为水凝胶层可稳定所需的水薄膜,并同时抑制干扰颗粒的非特异性结合。”“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。”从中获得的知识可用于例如更好地了解疾病及其药物治疗。

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