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华盛顿大学和生物技术公司Illumina的科学家团队创

时间:2019-01-14

“还有其他单分子工具,但我们的新工具更敏感,”资深作者和UW物理学教授Jens Gundlach说。“我们真的能够获得蛋白质赋予DNA的原子级运动。”

正如在科学过程中可能发生的那样,他们开发了这个工具 - 单分子皮米分辨率纳米孔镊子,或SPRNT - 同时在相关项目上工作。

UW团队一直在探索纳米孔技术,以快速读取DNA序列。我们的基因是长长的DNA分子,由四个化学DNA“字母”的组合组成。在他们的方法中,Gundlach和他的团队测量通过称为MspA的生物孔的电流,其嵌入在修饰的细胞膜内。当DNA通过孔中的一个小开口 - 一个宽度仅为0.00000012厘米,或人类头发宽度的1 / 10,000的开口 - 电流根据DNA字母的顺序而变化。他们利用这些电流变化来推断DNA序列。

Gundlach和他的团队在研究纳米孔测序的过程中,尝试了各种分子马达,使DNA通过孔隙。他们发现他们的实验装置足够敏感,可以观察到比DNA上相邻字母之间的距离小得多的运动。正如他们在论文中所述,SPRNT比现有技术测量DNA和蛋白质之间的相互作用灵敏7倍以上。

“一般来说,观察单分子运动的大多数现有技术 - 例如光学镊子 - 的分辨率最多只有300皮米,”Gundlach说。“使用SPRNT,我们可以获得40皮米的分辨率。”

作为参考,40皮米是0.000000004厘米,或约0.0000000016英寸。我们意识到我们可以检测到毛孔中DNA位置的微小差异,”该论文的共同作者,UW物理博士后研究员Andrew Laszlo说。“我们可以发现蛋白质与DNA结合并将其移动通过孔隙的差异。”

这些差异解释了每种细胞蛋白在与DNA相互作用时所起的独特作用。细胞具有复制DNA的蛋白质,“读取”DNA以表达基因并在DNA损坏时修复DNA。有细胞蛋白质解开DNA,而其他蛋白质紧密聚集在一起。

生物学家早就认识到蛋白质具有不同的结构来发挥这些作用,但蛋白质在DNA上的物理运动很难直接检测到。

“当你拥有SPRNT提供的那种分辨率时,你QQ分分彩怎么开户可以开始挑选这些蛋白质所需的微小步骤,”拉兹洛说。

Gundlach和他的团队表明,SPRNT足够敏感,可以区分两种细胞蛋白质通过纳米孔开口传递DNA的机制。通常复制DNA的一种蛋白质一次一个字母地沿着DNA移动,因为它引导DNA通过毛孔。根据共同作者和UW物理学博士生Jonathan Craig的说法,第二种蛋白质通常会解开DNA,而不是沿着每个DNA字母进行两步,它们可以通过跟踪当前的微小变化来获取。他们甚至发现这两个步骤涉及蛋白质用于沿DNA行走的连续化学过程。

“你可以真正看到潜在的机制,这有很多含义 - 从了解生活如何运作到药物设计,”拉兹洛说。

Gundlach相信这个工具可能为理解细胞蛋白如何处理DNA打开一扇新窗口,这可能有助于基因工程蛋白质进行新的工作。这些精细的细节也可以帮助科学家了解蛋白质的突变如何导致疾病或找到蛋白质特性,这将是药物治疗的理想目标。

“例如,病毒基因编码自己处理DNA的蛋白质,”Gundlach说。“如果我们可以使用SPRNT来筛选那些特别破坏这些蛋白质功能的药物,那么就有可能干扰病毒。”


“还有其他单分子工具,但我们的新工具更敏感,”资深作者和UW物理学教授Jens Gundlach说。“我们真的能够获得蛋白质赋予DNA的原子级运动。”

正如在科学过程中可能发生的那样,他们开发了这个工具 - 单分子皮米分辨率纳米孔镊子,或SPRNT - 同时在相关项目上工作。

UW团队一直在探索纳米孔技术,以快速读取DNA序列。我们的基因是长长的DNA分子,由四个化学DNA“字母”的组合组成。在他们的方法中,Gundlach和他的团队测量通过称为MspA的生物孔的电流,其嵌入在修饰的细胞膜内。当DNA通过孔中的一个小开口 - 一个宽度仅为0.00000012厘米,或人类头发宽度的1 / 10,000的开口 - 电流根据DNA字母的顺序而变化。他们利用这些电流变化来推断DNA序列。

Gundlach和他的团队在研究纳米孔测序的过程中,尝试了各种分子马达,使DNA通过孔隙。他们发现他们的实验装置足够敏感,可以观察到比DNA上相邻字母之间的距离小得多的运动。正如他们在论文中所述,SPRNT比现有技术测量DNA和蛋白质之间的相互作用灵敏7倍以上。

“一般来说,观察单分子运动的大多数现有技术 - 例如光学镊子 - 的分辨率最多只有300皮米,”Gundlach说。“使用SPRNT,我们可以获得40皮米的分辨率。”

作为参考,40皮米是0.000000004厘米,或约0.0000000016英寸。我们意识到我们可以检测到毛孔中DNA位置的微小差异,”该论文的共同作者,UW物理博士后研究员Andrew Laszlo说。“我们可以发现蛋白质与DNA结合并将其移动通过孔隙的差异。”

这些差异解释了每种细胞蛋白在与DNA相互作用时所起的独特作用。细胞具有复制DNA的蛋白质,“读取”DNA以表达基因并在DNA损坏时修复DNA。有细胞蛋白质解开DNA,而其他蛋白质紧密聚集在一起。

生物学家早就认识到蛋白质具有不同的结构来发挥这些作用,但蛋白质在DNA上的物理运动很难直接检测到。

“当你拥有SPRNT提供的那种分辨率时,你QQ分分彩怎么开户可以开始挑选这些蛋白质所需的微小步骤,”拉兹洛说。

Gundlach和他的团队表明,SPRNT足够敏感,可以区分两种细胞蛋白质通过纳米孔开口传递DNA的机制。通常复制DNA的一种蛋白质一次一个字母地沿着DNA移动,因为它引导DNA通过毛孔。根据共同作者和UW物理学博士生Jonathan Craig的说法,第二种蛋白质通常会解开DNA,而不是沿着每个DNA字母进行两步,它们可以通过跟踪当前的微小变化来获取。他们甚至发现这两个步骤涉及蛋白质用于沿DNA行走的连续化学过程。

“你可以真正看到潜在的机制,这有很多含义 - 从了解生活如何运作到药物设计,”拉兹洛说。

Gundlach相信这个工具可能为理解细胞蛋白如何处理DNA打开一扇新窗口,这可能有助于基因工程蛋白质进行新的工作。这些精细的细节也可以帮助科学家了解蛋白质的突变如何导致疾病或找到蛋白质特性,这将是药物治疗的理想目标。

“例如,病毒基因编码自己处理DNA的蛋白质,”Gundlach说。“如果我们可以使用SPRNT来筛选那些特别破坏这些蛋白质功能的药物,那么就有可能干扰病毒。”