纳米孔道单分子电化学分析：解密Aerolysin单分子界面上的动态相互作用

自2016年起，Aerolysin蛋白纳米通道在单个核酸分子的高灵敏单碱基检测得以报道后，多个课题组将其推广应用于单个多肽、DNA、蛋白质等生物大分子的检测研究中。为了进一步提高Aerolysin蛋白纳米通道的测量灵敏度，亟需探索其单分子分析传感机制。近日，华东理工大学的科研团队在Aerolysin蛋白纳米孔道检测机制研究方面取得突破性进展，相关工作发表在Analytical Chemistry 杂志上。

以往的研究认为，纳米孔道对单个核酸分子的分辨能力多取决于单个成孔生物蛋白孔径的最窄位置。然而，该研究工作通过设计突变型Aerolysin蛋白（K238F和K238G），发现相比于野生型Aerolysin纳米孔道，单个DNA分子通过孔径较大的K238G时，相互作用时间增长了7倍；通过孔径较小的K238F时，相互作用时间缩短了一半。他们进一步通过分子动力学模拟计算孔道内电势分布，发现甘氨酸(G)显著降低了Aerolysin在238区域的驱动电势，从而使单个DNA分子与纳米孔道具有较强的相互作用。Aerolysin生物蛋白孔道内的动态相互作用以及孔道体积协同影响了其单分子核酸检测灵敏度。他们利用具有高电流分辨能力的K238G实现了单个随机DNA链上的甲基化胞嘧啶的超灵敏区分。以上研究对于精准调控单个Aerolyisin限域传感测量界面具有指导性意义，为实现多种DNA损伤的同时检测、microRNA的精准分析、多肽分子的动态构象分析以及蛋白质测序提供分析基础。

该论文的第一作者是华东理工大学二年级的研究生王雅倩，黄瑾教授和南京航空航天大学的仇虎博士分别帮助完成了蛋白质突变和分子动力学模拟的工作。该工作得到国家自然科学基金委创新研究群体、重大科研仪器研制和上海市“晨光计划”等项目的资助。

该论文作者为：Ya-Qian Wang, Meng-Yin Li, Hu Qiu, Chan Cao, Ming-Bo Wang, Xue-Yuan Wu, Jin Huang, Yi-Lun Ying, Yi-Tao Long

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Identification of Essential Sensitive Regions of the Aerolysin Nanopore for Single Oligonucleotide Analysis

Anal. Chem., 2018, 90, 7790, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b01473