Alguns tipos de bactérias têm a capacidade de perfurar outras células e matá-las. Eles fazem isso liberando proteínas especializadas chamadas "toxinas formadoras de poros" (PFTs) que se fixam na membrana da célula e formam um canal em forma de tubo que passa por ela. Essa estrutura através da membrana é chamada de poro. Perfurado por vários PFTs, a célula-alvo se autodestrói.

Contudo, Os PFTs têm atraído muito interesse além das infecções bacterianas. Os nano poros que eles formam são usados ​​para detectar biomoléculas:uma molécula biológica, por exemplo., DNA ou RNA, passa pelo nanopore como uma corda guiada por uma voltagem, e seus componentes individuais (por exemplo, ácidos nucléicos no DNA) emitem sinais elétricos distintos que podem ser lidos. Na verdade, o sensor nanopore já está no mercado como uma ferramenta importante para o sequenciamento de DNA ou RNA.

Publicando em Nature Communications , cientistas liderados por Matteo Dal Peraro na EPFL estudaram outro grande PFT que pode ser usado efetivamente para detecção mais complexa, como sequenciamento de proteínas. A toxina é aerolisina, que é produzida pela bactéria Aeromonas hydrophila, e é o "membro fundador" de uma grande família de PFTs encontrados em muitos organismos.

Uma das principais vantagens da aerolisina é que ela forma poros muito estreitos que podem distinguir as moléculas com uma resolução muito maior do que outras toxinas. Estudos anteriores mostraram que a aerolisina pode ser usada para "detectar" várias biomoléculas, mas existem poucos estudos sobre a relação entre a estrutura da aerolisina e suas habilidades de detecção molecular.

Os pesquisadores primeiro usaram um modelo estrutural de aerolisina para estudar sua estrutura com simulações de computador. Como uma proteína, aerolisina é composta de aminoácidos, e o modelo ajudou os cientistas a entender como esses aminoácidos afetam a função da aerolisina em geral.

Uma vez que eles entenderam esse relacionamento, os pesquisadores mudaram os aminoácidos estrategicamente no modelo de computador. O modelo então previu o possível impacto de cada mudança na função geral da aerolisina.

No final do processo computacional, Dr. Chan Cao, o principal autor deste trabalho, produziu 16 geneticamente modificados, poros de aerolisina "mutantes", incorporou-os em bicamadas lipídicas para simular sua posição na membrana celular, e realizou várias medições (registro de canal único e experimentos de translocação molecular) para entender como a condutância iônica, seletividade de íons, e as propriedades de translocação do poro da aerolisina são reguladas a nível molecular.

E com esta abordagem, os pesquisadores finalmente descobriram o que impulsiona a relação entre a estrutura e a função da aerolisina:sua tampa. O poro da aerolisina não é apenas um tubo que atravessa a membrana, mas também tem uma estrutura semelhante a uma capa que atrai e amarra a molécula alvo e a "puxa" através do canal do poro. E o estudo descobriu que é a eletrostática nesta região do boné que dita essa relação.

"Ao compreender os detalhes de como a estrutura do poro da aerolisina se conecta à sua função, agora podemos projetar poros personalizados para várias aplicações de detecção, "diz Dal Peraro." Isso abriria novos, oportunidades inexploradas para sequenciar biomoléculas como DNA, proteínas e suas modificações pós-traducionais com aplicações promissoras no sequenciamento de genes e detecção de biomarcadores para diagnóstico. “Os cientistas já registraram uma patente para seu sequenciamento e caracterização dos poros de aerolisina geneticamente modificados.