Science | 使用现有仪器单分子多次测量单氨基酸分辨率解析蛋白序列

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4381

单细胞氨基酸分辨率的蛋白质组解析是生物医学研究人员的梦想，毕竟蛋白是绝大部分生命活动的主要“执行者”(1)。

近日荷兰代尔夫特理工大学Cees Dekker等研究人员也许做出了重要第一步。研究人员使用现有用于DNA测序的纳米孔系统（nanopore），通过改变样本制备与数据分析策略，高精度分析了多肽氨基酸的变化，从而证明了用纳米孔高精度蛋白测序的理念(2)。

研究人员将待测的多肽与单链DNA拼接，并使用DNA解旋酶提供动力让多肽在纳米孔定向穿梭，从而，与纳米孔DNA测序原理类似，将氨基酸序列信号转化为电信号，进而根据电信号推测序列信息(2)。

使用纳米孔进行蛋白测序的基因原理(2)

然而，就像预料中一样，这种多肽测序信号比较杂乱，准确性不高。研究人员分析信号杂乱的主要原因是多肽在纳米孔中往复热运动产生的“随机噪音”；于是，通过合理设置DNA解旋酶浓度，让DNA解旋酶反复与测序中的“DNA-多肽链”结合，从而像反复“倒带”一样重复测量多肽通过纳米孔的电信号，提高了多肽序列分析的准确率。研究人员推算，如果反复测量30次，多肽测序的错误率可达百万分之一以下（这也是根据物理水平细微变化测量的重要优点）(2)。

重复独立测量提高多肽序列解析准确率(2)

研究人员表示该工作只是证明用纳米孔解析单分子蛋白序列的理念，目前还存在对复杂氨基酸组成的多肽读取困难、读取片段短、依赖蛋白序列的“先验知识”以及复杂混合蛋白体系分析需要的实验数据量大分析难度高等等问题。

不过，研究人员乐观地展望这些问题可以通过实验上的优化调整解决；该技术有望低成本高精度解析单细胞蛋白质组并开发出众多特异性应用，从而广泛应用于基础科研与临床(2)。

该项工作2021年11月4日发表在Science(2)。

Comments：

蛋白从头设计提高纳米孔等在低温高盐条件下的工作效率，从而提高测序准确率值得探索，毕竟纳米孔测序这种自然界从来没有出现过的应用天然蛋白基本不可能最优效果(3)。

通讯作者简介：

https://scholar.google.com/citations?user=PkEB9j4AAAAJ&hl=en

参考文献：

1. E. M. Schoof et al., Quantitative single-cell proteomics as a tool to characterize cellular hierarchies. Nat. Commun. 2021 121. 12, 1–15 (2021).

2. H. Brinkerhoff, A. S. W. Kang, J. Liu,A. Aksimentiev, C. Dekker, Multiple rereads of single proteins at single–amino acid resolution using nanopores. Science (80-. ). (2021),doi:10.1126/SCIENCE.ABL4381.

3. A. A. Vorobieva et al., De novo design of transmembrane β barrels. Science (80-. ). 371 (2021),doi:10.1126/SCIENCE.ABC8182.

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4381