Perangkap molekuler memungkinkan studi protein tunggal

Para peneliti dari Universitas Teknologi Delft dan Munich telah menciptakan jenis perangkap molekuler baru yang dapat menahan satu protein di tempat selama berjam-jam untuk mempelajari perilaku alaminya – satu juta kali lebih lama dari sebelumnya. Teknologi NEOtrap baru memungkinkan para ilmuwan menggunakan arus listrik untuk mempelajari sifat alami protein, yang dapat mengarah pada inovasi dalam biomedis, bioteknologi, dan banyak lagi.

Meskipun protein sangat penting untuk kehidupan – mereka memberi Anda penglihatan dan koneksi saraf untuk membaca teks ini, misalnya – cara mereka berubah bentuk masih belum dipahami dengan baik. Seperti yang dipublikasikan pada Senin, 30 Agustus di Nanoteknologi alamSebuah tim yang dipimpin oleh Cees Dekker dari Delft University of Technology telah mengembangkan teknologi baru, yang disebut Nanopore Electro-Osmotic Trap (NEOtrap), untuk mempelajari molekul protein individu lebih lama dari sebelumnya. NEOtrap memungkinkan peneliti untuk mengukur bagaimana protein tunggal mengubah bentuknya dari waktu ke waktu.

Seperti gabus di botol

NEOtrap menggabungkan dua nanoteknologi: nanopori padat dan origami DNA. Nanopori adalah lubang kecil yang digunakan para ilmuwan sebagai sensor untuk molekul tunggal seperti protein. Karena protein biasanya melewati lubang kecil dalam milidetik, mereka hanya dapat direkam untuk waktu yang singkat. Dengan menutup lubang nano dengan nanosfer yang seluruhnya terbuat dari DNA (!), peneliti dapat menahan protein di tempatnya selama berjam-jam, seperti gabus yang menyegel sebotol anggur. Hendrik Dietz dan kelompoknya di Technical University of Munich membangun nanosfer ini menggunakan metode yang disebut “DNA Origami” — teknik yang meniru pelipatan origami dalam skala besar — ​​menggunakan untaian DNA skala nano alih-alih kertas.

Penulis utama makalah Sonya Schmid, yang mengembangkan NEOtrap sebagai postdoc di lab Dekker, menjelaskan: “Nanosphere DNA-Origami ini bertindak seperti spons yang menyedot air melalui nanopore, menarik satu protein ke dalam nanopore dan menjebaknya di sana. Ini berarti kita dapat mempelajari Protein ini sangat tahan lama. Dalam karya ini, kami telah menunjukkan bahwa kami dapat membedakan antara berbagai jenis protein, dan bahkan bentuk fungsional yang berbeda dari protein tunggal dan protein yang sama.”

Kemajuan radikal di lapangan

Cees Dekker menambahkan: “Teknologi baru ini benar-benar merupakan langkah maju yang besar – seorang pengulas anonim di makalah kami menyebutnya ‘salah satu kemajuan paling radikal dalam penginderaan lubang nano.’” Perlu dicatat bahwa perangkap NEOtrap memungkinkan kita untuk berburu menurunkan satu protein asli tanpa perlu memodifikasi molekul. Menarik, tidak seperti teknik sebelumnya. Teknik ini, misalnya, dapat membantu peneliti mengungkap mekanisme di balik enzim dan protein penting lainnya yang berubah bentuk untuk memfasilitasi reaksi kimia.”

NEOtrap memungkinkan para ilmuwan di seluruh dunia untuk melakukan eksperimen yang sama sekali baru, dengan potensi untuk mengungkapkan fitur fungsional dari protein yang sebelumnya diabaikan, sehingga membuka inovasi dalam biomedis, bioteknologi, dan banyak lagi. Schmid (yang kini telah memulai laboratoriumnya sendiri di Wageningen) dan Dekker merencanakan beberapa studi lanjutan tentang dinamika protein tunggal di tahun-tahun mendatang.