Razvoj proteinskih nanopor za uporabo v biotehnologiji in medicini
Potencial uporabe nanopor v biotehniologiji je velik, npr. zaznavanje različnih molekul pri personaliziranih medicinskih pristopih. Metoda temelji na zaznavanju analitov, ki prehajajo transmembransko poro, pri čemer lipidna ali polimerna membrana ločuje razdelka, napolnjena z elektroprevodno tekočino. Vzpostavitev električne napetosti povzroči prehajanje nabitih molekul skozi pore. Na analit in posledično na efektivnost njegovega prehajanja pore vplivajo elektroosmotske in elektroforetske sile. Ob ujetju analita v pori se zmanjša efektivni volumen dostopen za prehajanje ionov, kar se odraža v zmanjšanju električnega toka. Prisotnost specifične molekula analita se določi na podlagi analize tako imenovanih blokad električnega toka, natančneje, njihove amplitude in dolžine, torej časa, v katerem je molekula ujeta v pori.
V naši raziskovalni skupini proučujemo porotvorne toksine (angl. pore-forming toxins, PFT), ki imajo velik potencial za uporabo v biotehnoloških aplikacijah. Večini PFT sta skupni dobro definirana zgradba pore ter premer pore od 1-40 nm, odvisno od družine PFT. Unikatna oblika in molekularna zgradba dajeta nanoporam iz bioloških materialov dodatno prednost pred uporabo nanopor iz umetnih materialov. Na podlagi genomskih in metagenomskih podatkov odkrivamo nove PFT, jih pripravimo kot rekombinantne proteine, okarakteriziramo na molekularnem nivoju, ter s pomočjo usmerjene evolucije izboljšujemo njihove lastnosti.
Širok nabor različnih PFT ter posledično por z različnimi lastnostmi nam omogoča zaznavanje analitov različnih velikosti. Natančneje nas zanima zaznavanje proteinskih molekul s poudarkom na človeških biomarkerskih proteinih. Kljub dovršenosti tehnologije na področju sekvenciranja nukleinskih kislin, pa zaznavanje proteinov z nanoporami predstavlja dodaten izziv, predvsem zaradi heterogenosti nabojev in velikosti aminokislinskih ostankov. A tehnika uporabe nanopor predstavlja alternativo klasičnim metodam za zaznavanje proteinov, kot je npr. masna spektrometrija, predvsem ker omogoča zaznavanje analitov v realnem času, ne potrebuje označevanja analitov ter uporablja minimalne volumne vzorcev.
