Как сделать сенсор из бактериального токсина

Несмотря на примитивное строение бактерий, им «не чуждо ничто человеческое». Они, в частности, могут воевать друг с другом, используя различное оружие. Одно из таких смертоносных средств – особые токсины, которые обладают свойством образовывать поры в клетке противника. Через такую пору из клетки вытекают различные вещества, а другие в клетку попадают. Управлять такой порой клетка не может и быстро умирает. В некоторых случаях бактерии способны таким оружием атаковать не только враждебные бактерии, но и клетки других организмов – например, паразитических насекомых.

Швейцарские учёные в содружестве с российскими коллегами придумали, как извлечь из этой способности выгоду. Их работа была описана в журнале Nature Communications. Токсин превратили в молекулярный сенсор, позволяющий определять частицы проходящих через него веществ.

Бактериальные токсины, названные порообразующими, представляют собой особые белки. Если их, например, расположить в электрическом поле, то проходящие через них вещества будут на это поле воздействовать. Измеряя эти колебания, можно определить, какое именно вещество прошло через токсин. Так, в частности, можно определить последовательность нити ДНК.

Упомянутая группа исследователей изучала один из таких токсинов – аэролизин, который синтезируется бактерией Aeromonas hydrophila. Этот токсин образует очень узкие поры, поэтому точность измерений получается максимальной. Учёные старались усовершенствовать белок, заменяя в нём отдельные аминокислоты и проверяя результат; причём сначала они экспериментировали с искусственной моделью белка и лишь затем перешли к опытам над самим токсином. Полученный мутировавший белок вводили в искусственную модель клеточной мембраны – двойной слой фосфолипидов, а затем пропускали через него разные вещества – ДНК, пептиды, ионы. Эксперименты позволили установить, как именно способность белка пропускать вещества зависит от диаметра поры и электростатическх параметров.
В скором времени учёные смогут на основе аэролизина создать полноценные молекулярные датчики, которые найдут широкое применение в различных областях.