Нанопора вместо увеличительного стекла: свежий взгляд на суть болезни Паркинсона и бокового амиотрофического склероза

Крошечное отверстие может выявить то, что ускользает от стандартных методов: опасные белки фиксируются еще до того, как они образуют токсичный ком.Принцип работы нанопорового сенсора. Это реакционная камера, разделенная мембраной, имеющей отверстие нанометрового размера — нанопору. На части камеры прикладывают напряжение, и молекулы, которые исследуются, проходят через пору в направлении электрического поля. При прохождении молекул нуклеиновой кислоты или белка через пору отдельные компоненты влияют на измеряемые параметры системы, что позволяет определить последовательность компонентов.Источник: https://pubs.acs.org/

Учеными был представлен новый тип самособирающихся нанопор, способных распознавать белки, связанные с болезнью Паркинсона и боковым амиотрофическим склерозом (БАС). Работа была опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Главная особенность этой разработки заключается в том, что нанопора не является жестким микроскопическим «дырявым ситом». Она в состоянии изменять диаметр подобно диафрагме камеры. Благодаря этому один и тот же базовый сенсор может использоваться для анализа различных молекул.

Для обеспечения такой гибкости конструкции ученые интегрировали в специально созданный пептид одну необычную аминокислоту. Это позволило молекулярной структуре сохранять основу, но переходить между меньшими и большими диаметрами.

Проектом занималась международная команда, возглавляемая Кожинжампарой Махендраном из Центра биотехнологий имени Раджива Ганди в Индии. Ученые из Бременского университета, в частности профессор Ульрих Кляйнекафер и постдок Кальянашис Джана, отвечали за компьютерное моделирование, которое позволило на молекулярном уровне исследовать взаимодействие нанопор с анализируемыми веществами.

Белковый «комок» теперь можно фиксировать в момент его формирования

Большие нанопоры продемонстрировали отличные результаты при работе с альфа-синуклеином — белком, патологическое накопление которого является одним из характерных признаков болезни Паркинсона.

Сенсор смог обнаружить его в наномолярных концентрациях — то есть в следовых количествах. Более того, нанопора различала варианты белка, способствующие заболеванию, даже в неоднородной смеси. Меньшие поры дали возможность выявлять пептиды, связанные с БАС и клеточной гибелью.

Самое интересное произошло далее. Технология предоставила исследователям возможность наблюдать в реальном времени и на уровне отдельных частиц, как относительно безобидные белковые молекулы изменяют свою структуру, начинают агрегироваться и постепенно формируют токсичные комплексы, способные наносить вред клеткам мозга.