蛋白質是構成細胞的基礎有機物,也是生命活動的主要承擔者。正是由于擔當著這一神圣的使命,使其成為了科學家在新藥研發(fā)時新的關注點。尤其是細胞膜上那些掌管著分子能否進入細胞“生殺大權”的蛋白質,其復雜而神秘的作用機制不斷激發(fā)著科學家的探究欲望。
在之前的研究中,科學家們研發(fā)了幾種不同的蛋白質成像方法,但沒有一種方法能夠完全解決在自然環(huán)境中對單個膜蛋白研究的難題。然而,在近日一項發(fā)表在《Small》雜志上的研究帶來了新的突破,查爾姆斯理工大學化學和化學工程系的Martin Andersson教授及其團隊現(xiàn)已成功地使用原子探針斷層掃描(Atom Probe Tomography)技術完成對膜蛋白的成像和研究。
盡管該技術已經(jīng)存在多年,但之前一直僅僅應用在研究金屬或其他硬質材料中,并未涉及到生物學領域。Martin Andersson教授對于這一發(fā)現(xiàn)也解釋到:“這是一次偶然的啟發(fā)。當我們在研究骨骼和移植體之間的接觸表面時發(fā)現(xiàn)使用這種技術可以有效區(qū)分骨骼中的有機物質,這給了我們進一步探究的動力。”
要想清楚地研究單個膜蛋白的成像,完整地提取蛋白質成為了關鍵。
研究人員們選擇將體內的蛋白質封裝到僅僅約50納米(一納米等于百萬分之一毫米),壁厚的玻璃膠囊中,取出之后用電場切斷玻璃膠囊的最外層,將蛋白質按原子順序逐個釋放。最終,在計算機上以3D的形式完整還原蛋白質的結構,并對現(xiàn)有蛋白質三維模型的補充和完善,為今后科研人員的研究準確性和可靠性提供重要的工具。
這一突破性研究不僅實現(xiàn)了膜蛋白的完整成像,也帶來蛋白質模擬三維結構的更新,更揭示了蛋白質在原子層面的化學成分,為建立藥物分子與不同同位素結合的試驗提供了研究的價值,更為新藥的加速試驗和生產(chǎn)提供助力。
但這一研究方法也存在時代的局限性。Martin Andersson研究小組的研究員Gustav Sundell說到:“通過原子探針斷層掃描技術這一方法,我們目前只能對大約1%的膜蛋白進行成功的結構分析,而對所有的蛋白質進行完整性研究仍是不可能完成的任務。”
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