Lysenin通道作为单分子传感器,控制纳米阀和记忆元件
您体内的任何细胞,无论是在你的大脑,血液,肌肉或心脏中,都与其环境相互作用,并允许通过其膜选择性地通过离子和分子。为了破译健康和疾病中细胞的功能,必须更好地理解通过它们通过其膜进入细胞和从细胞出来的紧密机制。
在膜运输的伞,也有研究几种不同的主题,教授丹尼尔Fologea的膜生物物理学博伊西州立大学的研究小组正在调查。其中一个用途在一个不寻常的生物体中发现一种特殊蛋白质 - 一个红色的蚯蚓。
lysenin是什么?
Lysenin是一种能形成孔洞的毒素的名字,它可以在一种叫做红蚯蚓或爱森蚓的蚯蚓主体的液体中发现。这种蠕虫通常在欧洲发现,以腐烂的有机物质为食,可以用于堆肥家庭和工业废物,如羊粪、咖啡纸浆,甚至木屑。Fologea教授的研究显示,尽管起源于蚯蚓,但蚯蚓体内的这种蛋白质可能是更好地诊断和治疗致命疾病的关键。
赖森松通过细胞分解破坏细胞,一种过程通过流入细胞溶溶胶的过量水(细胞内的流体),细胞突发的过程。一旦赖苯被插入膜中,它通过疏水或水排放的细胞壁形成稳定的纳米尺寸通道或孔隙。FOLOGEA教授和他的同事利用这些渠道通过重新创建蛋白质在细胞壁中形成孔隙的优势。
Lysenin:信道,传感器或存储器元件?
在2010年和2011年发表的早期研究中,Fologea教授和他的团队专注于理解赖森素通道的生物物理特性,方法是在人工膜系统中重组赖森素通道,并研究它们对物理和化学刺激的反应。他们的发现显示了一种形成孔洞的毒素,它大大偏离了先前假定的杀手作用。与任何其他形成孔的毒素不同,赖氨酸通道受到跨膜电压、多价金属离子和温度的高度调节。他的研究小组建议使用这些通道作为廉价可靠的传感器,通过监测微小金属阳离子(带正电荷的离子)存在时通过通道的电流变化,来检测水中的有毒金属。
当Fologea教授的研究小组调查了lysenin渠道可变外部电压的响应,他们记录的一个显着特点:lysenin渠道在历史依赖性回应施加电压。简单来说,lysenin通道内存的分子,能够“记住”他们在这项工作证明毫无疑问,内存在生物系统不一定进化器官,如大脑的功能,最后的状态,但是可以实现在单分子水平。
Fologea教授和他的团队发现,与其他致孔毒素类似,lysenin是一种很好的方法,可以用来制造一种“生物传感设备”,研究分子通过膜的方式。如果他们让电流通过赖森素通道,电流就会受到通过通道的分子所引起的任何微小变化的影响。该团队可以监测电流,并观察这些微小的变化,甚至可以检测到单个分子通过膜中的通道。Fologea教授和他的团队在2017年发表的一项最新研究中发现,赖森素通道可以充当纳米传感器,当电场作用时,允许激素血管紧张素II通过通道。血管紧张素II是一种肽,导致血管收缩,血管收紧,从而导致血压升高。与其他可能用于类似研究的成孔蛋白相比,赖森素具有大孔的优势,因此可以分析更大的分子。这项工作有望提高我们识别甚至排序重要生物分子(如DNA和蛋白质)的能力。此外,通过赋予该通道生物识别元件,能够识别和结合复杂生物流体中的疾病特异性生物标志物,该技术可以实现癌症和其他疾病的早期诊断。
Lysenin,蛋白质发现内部蚯蚓,可能是关键致命的疾病,如癌症的早期诊断和治疗
Lysenin作为药物递送的受控纳米阀
“赖苯宾渠道的显着生物物理性质具有多种科学,技术和生物医学应用的巨大潜力”,“FOLOGEA教授说。大的孔径可以容纳大分子的通过,并且在孔形成毒素中,致力于打开和关闭孔的能力是一种特征。为了利用这些能力,本集团的目标之一是通过模仿球形膜的脂质制造的纳米载体将药物运送到患病部位,并通过控制插入其中的溶酶素通道的开口和关闭来释放它们。类似地,通道可以直接将通道重构为活细胞膜并用于将外部分子输送到细胞中。不仅药物,而且还可以将基因引入细胞中以操纵其功能或纠正其他缺陷的基因。FOLOGEA的小组教授证明了分子是否可以通过通道可以通过外部电场,多价阳离子,pH,温度和甚至腺苷三磷酸(ATP)来控制,其在细胞内运送化学能。目前,该团队专注于使用X射线仅在患病部位触发抗癌药物的释放,这可以很容易地瞄准聚焦电离辐射。这种成就将使伴随高度局部的无线电和化疗,同时显着降低与全身化疗相关的遥控器。
Lysenin研究提供了多学科的指导和学习的机会
虽然Fologea教授和他的同事们在开发癌症等疾病的治疗方法方面取得了巨大进展,但他也认识到指导未来几代科学家的重要性。考虑到这一点,Fologea教授投入了大量时间指导博伊西州立大学生物分子科学研究生项目的学生。他说:“我在博伊西州立大学生物分子科学研究生项目的合作为我与生物、化学、物理和工程学院的教师进行卓有成效的合作提供了独特的机会。”“该项目提供了源源不断的研究生,对于这些研究生来说,多学科方法对于深入了解跨膜转运体的功能和开发新的应用至关重要。”这样一来,Fologea教授的工作将在他停止自己的研究后很长一段时间内继续对这个领域产生巨大影响。
问答
你学过物理学和生物物理学,为什么选择从事细胞膜的研究?
你的研究范围很广。你如何决定你的每个学生学习什么,以及你接下来要关注什么?
通过他的指导活动,Fologea教授的工作将在他停止自己的研究之后很长一段时间内继续对该领域产生巨大影响
您的学生,无论是本科生、博士生还是博士后,都具有怎样的跨学科背景?必须有物理和生物方面的经验吗?
你在多大程度上需要开发新的实验工具和设备来配合你的研究?
在你个人看来,你研究的最终目标是什么?
多亏了这位优秀的导游
非常有趣的研究课题,谢谢!
谢谢,信息很丰富
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