將危險毒素變為生物感受器

某些類型的細菌具有給其他細胞“打孔“并殺死它們的能力。他們通過釋放被稱為“成孔毒素”（PFT）的特殊蛋白質來實現此目的，該蛋白質錨定在細胞膜上并形成”管狀”通道，并最終導致細胞的“自我毀滅”。

除已知的“感染”細胞的能力外，PFT在其它方面的潛力也引起了人們的極大興趣。例如，它們形成的納米級孔可以用于“感測”DNA或RNA等生物分子。 DNA或RNA像被電壓所控制的繩子一樣穿過納米孔，其單個組成成分（例如DNA中的核酸）通過時可發出獨特電信號，進而被讀取。實際上，納米孔感測已經成為市場上DNA或RNA測序的主要工具。

最近，來自EPFL的Matteo Dal Peraro領導的科學家在《Nature Communications》上發表的文章研究了另一種主要的PFT——“aerolysin”， 由嗜水氣單胞菌細菌產生。該PFT或許可以用于更復雜的傳感工作，例如蛋白質測序。

aerolysin的主要優點之一是它形成的孔非常狹窄，因此具有比其他毒素高得多的分辨率。然而，先前的研究雖然已經發現了aerolysin可用于“感知”生物分子，但幾乎沒有關于aerolysin的結構與其分子感測能力之間關系的研究。

在這一研究中，研究人員首先使用aerolysin的結構模型通過計算機模擬研究其結構。該模型幫助科學家們了解不同氨基酸分子如何影響aerolysin的功能。

一旦了解了這種關系，研究人員便開始策略性地改變計算機模型中的不同氨基酸組成。然后預測每種變化對aerolysin的整體功能的影響。

通過這種方法，研究人員找到了aerolysin的結構與功能之間關系的因素：aerolysin的帽狀結構。溶血素的孔不僅包括一個穿過膜的管，而且還具有帽狀結構，該區域的靜電力可以吸引并束縛目標分子。

Dal Peraro說：“通過了解溶菌素孔的結構如何與其功能聯系的細節，我們現在可以設計出用于各種傳感應用的定制孔狀結構。這將為DNA測序，蛋白質測序及其翻譯后修飾的生物分子的檢測開辟新的的機會，并有望應用于基因測序和診斷用生物標志物檢測中。