研究人员开发了“纳米塔尔”技术,使细胞能够与计算机对话

移液NanoporeTERS

华盛顿大学(University of Washington)和微软(Microsoft)的研究人员介绍了一种新型的报告蛋白,这种蛋白可以通过商业上可用的纳米孔传感设备直接读取。在这里,华盛顿大学的博士生Nicolas Cardozo将含有纳米孔的溶液移液到便携式MinION设备上,华盛顿大学的研究助理教授Jeff Nivala在一旁观看。作者:丹尼斯·怀斯/华盛顿大学

基因编码报告蛋白一直是生物技术研究的支柱,使科学家能够跟踪基因表达,了解细胞内过程,并调试工程基因电路。

但是,依赖荧光和其他光学方法的传统报告方案具有实际局限性,这可能给该领域的未来进展蒙上阴影。现在,研究人员华盛顿大学微软已经创造了一种“纳米颗粒”来研究这些复杂的生物系统内部正在发生的事情,使科学家能够以全新的视角来看待报告蛋白。

该团队介绍了一种新型的报告蛋白,它可以被商业上可用的纳米孔传感设备直接读取。新系统被称为“纳米寻址蛋白标签工程报道”或“纳米孔”,可以检测细菌和人类细胞培养的多种蛋白表达水平,远远超出现有技术的能力。

该研究于2021年8月12日发表自然生物技术。

原始信号纳米孔

华盛顿大学(University of Washington)和微软(Microsoft)的研究人员介绍了一种新型的报告蛋白,这种蛋白可以通过商业上可用的纳米孔传感设备直接读取。原始的纳米孔信号从MinION设备中流出,该设备包含数百个纳米孔传感器阵列。每种颜色代表来自单个纳米孔的数据。该团队使用机器学习将这些信号解释为纳米孔条形码。作者:丹尼斯·怀斯/华盛顿大学

纳米孔为工程细胞表达自己提供了一个新的、更丰富的词汇库,并为它们被设计用来追踪的因素提供了新的线索。它们可以告诉我们更多关于它们的环境中同时发生的事情,”华盛顿大学分子工程与科学研究所的博士生尼古拉斯·卡多佐(Nicolas Cardozo)说。“我们本质上是让这些细胞与计算机‘对话’,在细节、规模和效率上都达到了新的水平,这将使我们能够进行比以前更深入的分析。”

传统的标记方法由于光谱性质的重叠,只能同时跟踪少量的光学报告蛋白,如绿色荧光蛋白。例如,很难同时区分三种以上不同颜色的荧光蛋白。相比之下,纳米孔被设计用来携带由一串串的蛋白质“条形码”

Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.