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两层ɑ螺旋同心环组成的跨膜孔蛋白结构示意图
8月26日，《自然》在线发表了西湖大学生命科学学院研究员卢培龙课题组与华盛顿大学David Baker等课题组合作的最新研究，他们成功设计了由两层ɑ螺旋同心环组成的两种跨膜孔蛋白，分别可以选择性通透不同分子尺寸以及带电性质的溶质，在世界上首次实现了跨膜孔蛋白的精确从头设计。
首先，研究人员通过对ɑ螺旋结构进行参数化设计，获得了由12个螺旋和16个螺旋组成的水溶性形式的孔蛋白。
其中，12螺旋的孔蛋白（六聚体）孔径约为3.3?魡，16螺旋的孔蛋白（八聚体）孔径约为10 ?魡。通过对设计孔蛋白进行重组表达、纯化、鉴定与结构验证， 研究人员证明所设计的孔蛋白性质非常稳定（比如结构较之天然蛋白，具备更好的高温耐受性），并具有与计算设计模型相一致的三维结构。
在此基础上，研究人员设计了相应的跨膜孔蛋白。电生理实验表明，12螺旋跨膜通道蛋白可以通透离子，并且具有对钾离子的选择性，即这种蛋白可以特异性选择通透某一种离子。在脂质体实验中，16螺旋跨膜纳米孔蛋白可以通透分子量约为1000道尔顿的荧光分子，而12螺旋通道蛋白则不能，即这种孔蛋白作为“筛子”，也对分子的空间大小有所要求，当分子满足这个“孔”的“大小”就可以穿透，这也与两种孔蛋白各自的孔径相符。
最后，研究人员解析了16螺旋跨膜纳米孔蛋白的冷冻电镜结构，它与设计模型非常一致，证明了所开发的从头设计方法的准确性。
这项研究是世界上第一次实现对跨膜孔蛋白的精确从头设计，有助于人们更好地理解物质跨膜转运，为人工设计具有重要功能的跨膜蛋白质奠定了坚实的基础，同时也为人工蛋白质后续可能的应用打开了大门，有望为纳米孔基因测序、分子检测等生物技术提供新的检测手段。
来源：中国科学报
来源：中国科学报
原文链接：http://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2020/8/357370.shtm
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