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单个蛋白质分子检测技术取得新突破

导读: 中国科学技术大学研究人员领衔的一个团队最近利用钻石中的一种特殊结构做探针,首次在室内温度空气条件下获得单个蛋白质分子的磁共振谱。

  中国科学技术大学研究人员领衔的一个团队最近利用钻石中的一种特殊结构做探针,首次在室内温度空气条件下获得单个蛋白质分子的磁共振谱。该成果使利用基于钻石的高分辨率纳米磁共振成像诊断成为可能。

  这一发现5日发表在新一期美国《科学》杂志上。负责该研究的中国科学技术大学教授杜江峰说,通用的磁共振技术已被广泛用于基础研究和医学应用等多个领域,但其研究对象通常为数十亿个分子,单个分子独特的信息无法观测。基于钻石的新型磁共振技术在继承传统磁共振优势的同时,将研究对象推进到单个分子,成像分辨率由毫米级提升至纳米级,但其主要难点是源自单分子的信号太弱。

  为此,杜江峰的团队利用碳-12富集的钻石为载体,注入氮离子使其产生一种名为“氮-空位点缺陷”的结构,并使该结构发挥探针作用,在纳米尺度上靠近被探测的蛋白质。此外,他们利用一种名为“多聚赖氨酸”的物质保护蛋白质,确保其在研究过程中的稳定性。

  研究人员选取了细胞分裂中的一种重要蛋白质MAD2为研究对象。经过两年多的努力和逾百次尝试,最终他们成功在室内温度及空气条件下首次获取了单个蛋白质分子的磁共振谱,并通过谱形分析,获取了其动力学性质。

  关于这项技术的用途,杜江峰表示,最直接的用途是在不影响蛋白质性质的前提下检测其结构和动力学性质,直接在细胞膜上或细胞内研究蛋白质分子,“这对生命科学研究来说有极大吸引力”。

  总之,该技术拓宽了单个分子领域的研究范围,在分析化学、结构生物学、高分子、磁性材料等领域具有重要应用前景和实用价值。以此为基础,结合扫描探针、高梯度磁场等技术,未来可将该探测技术用于生命及材料领域的单个分子成像、结构解析、动力学监测,甚至直接深入细胞内部进行微观磁共振研究,为获得科学新发现孕育可能。

  《科学》杂志的审稿人评价该工作是“单个蛋白质分子检测的突破性成果”,开启了利用“氮-空位点缺陷”进一步研究“自旋标记”蛋白质的可能,有重要应用前景。参与这项研究的还有来自中国科学院强磁场科学中心和德国斯图加特大学的研究人员。

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