科学家设计出测量生物分子间距离的方案

▲物理学和天文学系的助理教授Hugo Sanabria

如果没有合适的地基尺寸，建筑师就无法建造房子。同样的，如果不知道蛋白质、RNA或DNA等生物分子的表面情况，科学家就无法开发靶向药物疗法。在生物物理和结构生物学领域中，收集这些数据的最佳方法备受争议。现在，来自世界各地的27个实验室——包括克莱姆森大学物理学和天文学系助理教授Hugo Sanabria的“单分子生物物理学”实验室——共同着手解决了这种差异。

他们的研究成果于近日发表在了《自然•方法》杂志上，该研究为荧光共振能量转移(FRET)技术制定了一个标准化规程，可以说是测量生物分子间距离的最精确方法之一。

在FRET技术中，两种色素或感光性化合物附着在生物分子两个不同的位置上。当两个荧光分子彼此接近并定位在正确的方向时，能量会从处于激发态的一个荧光分子(供体)转移到另一个荧光分子(受体)上。再结合福斯特理论，就可以在显微镜下捕捉到两个荧光分子之间的距离。随后的测量被称为“FRET效率”，或者“光谱尺”。

Sanabria说：“有两种方式可得到荧光分子之间的距离。其中一种是固定法研究，也就是把样品固定在显微镜盖板玻璃上，然后在一段时间内观察一个分子的状态。另一种方法是当分子四处移动，自由扩散时，在很短的时间内对许多单个分子进行采样。该方法需要使用共焦显微镜。”

在2012年于德国举行的一次会议上，研究人员提出了将这两种方法结合在一起的想法。单分子研究领域的研究人员还在那次会议上启动了一项针对FRET效率的全球性研究。在这项研究中，参研的每个人都得到了在不同的位置上用荧光染料染色的两组双链DNA分子。他们需要测量出这对DNA分子之间的距离。然而，没有一个研究人员得到了荧光分子之间的实际距离，于是引发了一场关于谁能在实验上提供最精确测量的挑战。幸运的是，Sanabria实验室的测量结果在标准误差范围之内。“当把我们的结果与人们提出的其他结果进行比较时，我们是那些与预期结果最近的人之一。” Sanabria说道。

最后，研究人员们就一套标准化规程达成一致，不管使用哪种方法，只要对比标准值的误差在7%以内，就算是精确、准确的验证FRET效率。

随着这项研究的开展，结构生物学领域也得到了发展，因为该方法可用于测量不同形状和大小的分子，并生成这些分子的新结构模型。Sanabria说，该FRET测量法是唯一能够克服尺寸和稳定性限制的方法，而这些限制是X射线结晶学、核磁共振和低温电子显微镜等“结构生物学的黄金标准”所不能克服的。

“一旦你有了这个结构，你就可以进行靶向药物开发，”Sanabria说。“你可以查询某些小分子的数据库，看看哪些分子会与DNA、RNA或蛋白质相互作用，以及这些小分子会有什么影响。这将能助力新的药物开发及应用。”作为FRET方法论的先驱者，Sanabria和他的同事正致力于将FRET所揭示的生物分子结构模型存入一个公开的数据库，从而让感兴趣的研究人员进一步深入到结构生物学中去。

科界原创  

编译：Coke     

审稿：alone    

责编：张梦   

期刊来源：《自然•方法》

期刊编号：1548-7091

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-09/cu-rdp091118.php

版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。