Nanoporlar ve süper bilgisayarlar kullanarak proteinleri tanımlama

İnsan hücrelerinin ürettiği proteinlerin miktarı ve türü, bir kişinin sağlığı ve insan vücudunun nasıl çalıştığı hakkında önemli ayrıntılar sağlar. Ancak bilim adamları, tek tek proteinleri tanımlama ve ölçme yöntemlerinin bu görev için yetersiz olduğunu söylüyor. Sadece proteinlerin çeşitliliği bilinmemekle kalmaz, aynı zamanda amino asitler genellikle sentezden sonra translasyon sonrası modifikasyonlar yoluyla değiştirilir.

İçinde ABD Ulusal Bilim Vakfı-finansmanlı sonuçlar yayınlandıBilimHollanda’daki Delft Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ve Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, DNA nanopor başarılarını genişlettiler ve aynı yöntemin tek protein tanımlaması için mümkün olduğuna dair bir kavram kanıtı sağladılar ve proteinleri tek amino ile karakterize ettiler. asit çözünürlüğü ve küçük bir hata payı içinde.

Hücrelerimizin beygirleri olan proteinler, 20 farklı amino asit türünden oluşan uzun peptit dizileridir. Araştırmacılar, DNA-peptit hibritlerine bağlanabilen ve onları kontrollü bir şekilde MspA olarak bilinen biyolojik bir nanopor aracılığıyla çekebilen helikaz Hel308 adlı bir enzim kullandılar.

Baş yazar Henry Brinkerhoff, proteini farklı boyutlarda boncuklardan oluşan bir kolyeye benzetiyor. “Kolyeyi, bu durumda nano gözenek olan giderden aşağı doğru yavaşça hareket ettirirken musluğu açtığınızı hayal edin,” dedi. “Boşluğu büyük bir boncuk tıkıyorsa, içinden akan su sadece bir damlama olacaktır; kolyenin hemen giderinde daha küçük boncuklar varsa, daha fazla su akabilir.”

Araştırmacılar sıvı bir ortamı helikazlarla yükleyerek aynı molekülün birçok ayrı, örtüşen okumasını elde edebilirler; proteini “geri sarabilirler” ve amino asit dizisini tekrar okuyabilirler. Bunu yapmak, hataları %13’ten neredeyse sıfıra indirdi.

Ekip, bu modellerin kökenini anlamak için, akademik araştırmacıların kullanabileceği en hızlı süper bilgisayarlardan birkaçı üzerinde gerçekleştirilen hesaplamalı biyolog Aleksei Aksimentiev’in süper bilgisayar simülasyonlarına güvendi: Teksas Gelişmiş Bilgi İşlem Merkezi; Ulusal Süper Hesaplama Uygulamaları Merkezi’ndeki Blue Waters; ve San Diego Süper Bilgisayar Merkezinde Expanse.

NSF’nin Gelişmiş Siber Altyapı Ofisi yöneticisi Manish Parashar, “Modern bilimsel keşiflerimizin çoğu, yenilikçi siber altyapı tarafından sağlanıyor. Bu yeni kavram kanıtı keşfi, NSF’nin siber altyapı kaynakları olmadan mümkün olmazdı.”