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【分析】南京大学黄硕、谢然团队Angew. Chem.：首个基于遗传密码扩展的“可点击生物纳米孔”
生物体可以通过20种天然氨基酸进行编码和执行生理功能，但仅限于这些氨基酸对于改造蛋白质的结构和扩展蛋白质功能是远远不够的。遗传密码扩展技术（GCE）是利用一对正交的氨酰tRNA合成酶/tRNACUA将非天然氨基酸（UAA）位点特异性的引入到蛋白质上，可用于原核、真核细胞、动物等体系中蛋白质生化功能的研究 [3]。此外，2022年的诺贝尔化学奖颁给了“点击化学和生物正交”，生物正交化学代表了一类高产的化学反应 [4]，在生物环境中能够快速且有选择性地进行，成为了生物分子可视化和分析强有力的工具。一些含有生物正交反应基团的非天然氨基酸的出现，极大地拓展了其应用场景。
那么我们是否可以开发一种“可点击”的生物纳米孔，赋予纳米孔新的功能呢？近日，南京大学化学化工学院黄硕课题组和谢然课题组在Angewandte Chemie International Edition 上报道了利用遗传密码拓展技术快速、有效地将生物正交反应基团引入到耻垢分枝杆菌膜蛋白A (MspA) 纳米孔顶端，并展示了单链DNA或溶菌酶与MspA的偶联，通过偶联生物分子展现了MspA纳米孔所不具备的传感能力。野生型MspA纳米孔是天然的八聚体，该研究团队利用正交性的氨酰tRNA合成酶/tRNA将含有叠氮基团的非天然氨基酸AzK引入到MspA的特定位点（D56），并通过凝胶电泳、质谱分析以及单通道电流表征，证实含有叠氮化物的八聚体M2 MspA-D56AzK已被成功制备，可作为纳米孔传感器（图1）。为了展现GCE技术在纳米孔中的通用性以及纳米孔与各种类型非天然氨基酸的兼容性，该团队也成功将含有炔基的非天然氨基酸AlkK引入到MspA的特点位点中。
为了验证所引入非天然氨基酸的反应活性，研究团队通过点击反应成功将DBCO（二苯并环辛炔）-官能化的单链DNA或溶菌酶偶联到纳米孔道的顶端，并在单分子水平实时观测这些生物大分子的运动。特别地是，含有溶菌酶的嵌合型纳米孔可以对溶菌酶的寡糖底物进行传感（图2）。受益于纳米孔的卓越分辨率，研究团队实现了N-乙酰壳三糖（NAG3）、N-乙酰壳六糖（NAG6）的同时检测和清晰区分。这种酶-纳米孔偶联策略允许实时监测酶促反应，提供更多的动态信息和测量连续性。
该工作近日在Angewandte Chemie International Edition 发表相关论文。南京大学化学化工学院黄硕教授和谢然教授为该论文的通讯作者，谢然课题组博士生杨晶和黄硕课题组博士生王可凡为该论文的共同第一作者。
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参考文献：[1] Wu Y, Gooding J J. The application of single molecule nanopore sensing for quantitative analysis[J]. Chemical Society Reviews, 2022, 51, 3862-3885.[2] Howorka S, Movileanu L, Lu X, et al. A protein pore with a single polymer chain tethered within the lumen[J]. Journal of the American Chemical Society, 2000, 122(11): 2411-2416.[3] de la Torre D, Chin J W. Reprogramming the genetic code[J]. Nature Reviews Genetics, 2021, 22(3): 169-184.[4] Scinto S L, Bilodeau D A, Hincapie R, et al. Bioorthogonal chemistry[J]. Nature Reviews Methods Primers, 2021, 1(1): 30.
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