Международная группа ученых, в состав которой вошла студентка Сколтеха Елена Буглакова, под руководством профессора Маттео Даль Пераро из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) изучила новый бактериальный токсин, который можно использовать в качестве биосенсора для секвенирования ДНК и белков.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Некоторые виды бактерий могут убивать другие клетки с помощью специальных белков – порообразующих токсинов (pore forming toxins). Эти белки встраиваются в мембрану и образуют в ней отверстия, что ведет к смерти атакуемой клетки.

Однако, у порообразующих белков есть и практическое применение: их можно использовать в качестве биосенсоров. Под воздействием электрического поля разные молекулы, проходят через пору, меняя текущий через нее электрический ток. По изменению тока можно узнать, какая молекула прошла сквозь пору, например, определить последовательность ДНК. Данная технология уже представлена на рынке платформ для секвенирования нуклеиновых кислот.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, был изучен аеролизин — токсин, который производится бактерией Aeromonas hydrophila. Главное его преимущество — образование очень узких пор, с помощью которых можно различать молекулы с большей точностью, чем при помощи ранее известных токсинов. В этой работе ученые применили компьютерное моделирование для создания структурной модели аеролизина.

Исследователи заменяли разные аминокислоты в модели белка и смотрели, как это повлияет на его структуру и проводимость. Далее с помощью методов генной инженерии они создали поры с различными мутациями, встроили их фосфолипидный двойной слой, имитирующий клеточную мембрану, и провели эксперименты, чтобы узнать, как мутации влияют на способность аэролизина пропускать ионы, ДНК и короткие пептиды. Это позволило установить, какую роль диаметр поры и электростатические взаимодействия играют в работе аеролизина как биосенсора, и помогло найти варианты белка, перспективные для применения в различных задачах.