單個(gè)蛋白質(zhì)分子檢測(cè)技術(shù)取得新突破

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究人員領(lǐng)銜的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近利用鉆石中的一種特殊結(jié)構(gòu)做探針，首次在室內(nèi)溫度空氣條件下獲得單個(gè)蛋白質(zhì)分子的磁共振譜。該成果使利用基于鉆石的高分辨率納米磁共振成像診斷成為可能。

　　這一發(fā)現(xiàn)5日發(fā)表在新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志上。負(fù)責(zé)該研究的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授杜江峰說，通用的磁共振技術(shù)已被廣泛用于基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域，但其研究對(duì)象通常為數(shù)十億個(gè)分子，單個(gè)分子獨(dú)特的信息無法觀測(cè)。基于鉆石的新型磁共振技術(shù)在繼承傳統(tǒng)磁共振優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，將研究對(duì)象推進(jìn)到單個(gè)分子，成像分辨率由毫米級(jí)提升至納米級(jí)，但其主要難點(diǎn)是源自單分子的信號(hào)太弱。

　　為此，杜江峰的團(tuán)隊(duì)利用碳-12富集的鉆石為載體，注入氮離子使其產(chǎn)生一種名為“氮-空位點(diǎn)缺陷”的結(jié)構(gòu)，并使該結(jié)構(gòu)發(fā)揮探針作用，在納米尺度上靠近被探測(cè)的蛋白質(zhì)。此外，他們利用一種名為“多聚賴氨酸”的物質(zhì)保護(hù)蛋白質(zhì)，確保其在研究過程中的穩(wěn)定性。

　　研究人員選取了細(xì)胞分裂中的一種重要蛋白質(zhì)MAD2為研究對(duì)象。經(jīng)過兩年多的努力和逾百次嘗試，最終他們成功在室內(nèi)溫度及空氣條件下首次獲取了單個(gè)蛋白質(zhì)分子的磁共振譜，并通過譜形分析，獲取了其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

　　關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的用途，杜江峰表示，最直接的用途是在不影響蛋白質(zhì)性質(zhì)的前提下檢測(cè)其結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，直接在細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)研究蛋白質(zhì)分子，“這對(duì)生命科學(xué)研究來說有極大吸引力”。

　　總之，該技術(shù)拓寬了單個(gè)分子領(lǐng)域的研究范圍，在分析化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、高分子、磁性材料等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合掃描探針、高梯度磁場(chǎng)等技術(shù)，未來可將該探測(cè)技術(shù)用于生命及材料領(lǐng)域的單個(gè)分子成像、結(jié)構(gòu)解析、動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)，甚至直接深入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行微觀磁共振研究，為獲得科學(xué)新發(fā)現(xiàn)孕育可能。

《科學(xué)》雜志的審稿人評(píng)價(jià)該工作是“單個(gè)蛋白質(zhì)分子檢測(cè)的突破性成果”，開啟了利用“氮-空位點(diǎn)缺陷”進(jìn)一步研究“自旋標(biāo)記”蛋白質(zhì)的可能，有重要應(yīng)用前景。參與這項(xiàng)研究的還有來自中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心和德國(guó)斯圖加特大學(xué)的研究人員。