速覽 | 原子探針層析術完整還原膜蛋白結構，為分子藥物研發提供新動力

蛋白質是構成細胞的基礎有機物，也是生命活動的主要承擔者。正是由於擔當著這一神聖的使命，它成為了科學家在新葯研發時新的關注點。尤其是細胞膜上那些掌管著分子能否進入細胞「生殺大權」的蛋白質，其複雜而神秘的作用機制不斷激發著科學家的探究慾望。

https://doi.org/10.1002/smll.201900316

在之前的研究中，科學家們研發了幾種不同的蛋白質成像方法，但沒有一種方法能夠完全解決在自然環境中對單個膜蛋白研究的難題。然而，在近日一項發表在《Small》雜誌上的研究帶來了新的突破，查爾姆斯理工大學化學和化學工程系的Martin Andersson教授及其團隊現已成功地使用原子探針斷層掃描（Atom Probe Tomography）技術完成對膜蛋白的成像和研究。

原子探針斷層掃描（APT或3D原子探針） 圖片來源：CAMECA

儘管該技術已經存在多年，但之前一直僅僅應用在研究金屬或其他硬質材料中，並未涉及到生物學領域。Martin Andersson教授對於這一發現也解釋到：「這是一次偶然的啟發。當我們在研究骨骼和移植體之間的接觸表面時發現使用這種技術可以有效區分骨骼中的有機物質，這給了我們進一步探究的動力。」

Martin Andersson教授 圖片來源：Chalmers University of Technology

要想清楚地研究單個膜蛋白的成像，完整地提取蛋白質成為了關鍵。

研究人員們選擇將體內的蛋白質封裝到僅僅約50納米（一納米等於百萬分之一毫米）壁厚的玻璃膠囊中，取出之後用電場切斷玻璃膠囊的最外層，將蛋白質按原子順序逐個釋放。最終，在計算機上以3D的形式完整還原蛋白質的結構。這是對現有蛋白質三維模型的補充和完善，為今後科研人員的研究準確性和可靠性提供重要的工具。

這一突破性研究不僅實現了膜蛋白的完整成像，也帶來蛋白質模擬三維結構的更新，更揭示了蛋白質在原子層面的化學成分，為建立藥物分子與不同同位素結合的試驗提供了研究的價值，更為新葯的加速試驗和生產提供助力。

但這一研究方法也存在時代的局限性。Martin Andersson研究小組的研究員Gustav Sundell說到：「通過原子探針斷層掃描技術這一方法，我們目前只能對大約1%的膜蛋白進行成功的結構分析，而對所有的蛋白質進行完整性研究仍是不可能完成的任務。」

End

參考資料：

[1] Proteins trapped in glass could yield new medicinal advances

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