Pesquisadores no Japão projetaram os primeiros peptídeos projetados de baixo para cima, compreendendo cadeias de aminoácidos, que podem formar nanoporos artificiais para identificar e permitir a classificação de uma única molécula de material genético em uma membrana lipídica.
Os nanoporos biológicos são geralmente canais feitos por proteínas formadoras de poros, que podem detectar moléculas específicas, mas esses canais naturais são difíceis de identificar, limitando as aplicações propostas em sequenciamento de DNA rápido e de baixo custo, detecção de pequenas moléculas e muito mais.

“A detecção de nanoporos é uma ferramenta poderosa para detecção de moléculas únicas e sem rótulos”, disse o autor correspondente Ryuji Kawano, professor da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio (TUAT) no Japão. "Esta é a primeira vez que o DNA e os polipeptídeos foram detectados usando um nanoporo projetado de novo".

Eles publicaram suas descobertas em 22 de novembro na Nature Nanotechnology .

Os nanoporos projetados de novo são construídos "do zero", de acordo com Kawano, e têm o potencial de imitar proteínas naturais e sua capacidade de detectar proteínas específicas. Fundamentalmente, disse Kawano, eles também podem ser projetados para atuar como máquinas moleculares artificiais capazes de detectar uma gama muito maior de moléculas – o que pode ajudar a elucidar a conexão entre estrutura e função nas proteínas-alvo.

"A estrutura dobrada das proteínas é determinada por sua sequência polipeptídica linear e dá origem à funcionalidade específica da proteína", disse Kawano, observando que todas as proteínas têm uma estrutura e tamanho únicos. "A estrutura primária única é o resultado da evolução estrutural, como a mutação e seleção de resíduos de aminoácidos ao longo do tempo. Revelar a relação entre esta informação primária e a estrutura da proteína é um dos objetivos finais da ciência."

Para desenvolver grandes nanoporos sintéticos que podem detectar e identificar melhor moléculas para aplicações práticas, Kawano e a equipe projetaram um peptídeo apelidado de SV28. Com dois braços de aminoácidos dobrados em um ângulo agudo e cargas específicas no terminal, a orientação do peptídeo em forma de grampo pode ser controlada com precisão pela aplicação de uma voltagem. O peptídeo pode se montar para formar estruturas nanoporosas que variam em tamanho de 1,7 a 6,3 nanômetros, adequadas para detectar moléculas de DNA.

Os pesquisadores também modificaram o SV28 adicionando uma mutação que faz com que a estrutura do peptídeo se dobre e torça de maneiras específicas. O peptídeo resultante formou poros uniformemente dispersos de 1,7 nanômetros cada, capazes de detectar uma única cadeia polipeptídica – ou metade de uma proteína.

Essa conquista pode ser aplicada para facilitar a compreensão da relação entre a estrutura e a função da proteína.

Para as próximas etapas, a equipe planeja projetar vários peptídeos e proteínas para construir diferentes tipos de nanoporos para auxiliar no sequenciamento de peptídeos, operar como robôs moleculares e muito mais. + Explorar mais

Verificando uma única proteína, um aminoácido por vez