由Duke大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心的生化學(xué)家Homme Hellinga率領(lǐng)的研究小組最近成功開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，利用該技術(shù)可以將蛋白質(zhì)修飾為對某些化學(xué)物質(zhì)具有高特異性、高敏感性的生化傳感器。這些修飾蛋白一旦與電極相連就會產(chǎn)生對某混合物中特定的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反映該物質(zhì)濃度和特性的電信號。據(jù)此可以探測某些化學(xué)成分并精確計(jì)算該物質(zhì)的濃度水平�！　�

　　其實(shí)，以前已經(jīng)有利用修飾加工蛋白質(zhì)成功探測血糖及啤酒中麥芽糖的相關(guān)報(bào)道，這充分說明此類蛋白質(zhì)能夠?qū)⒛承┨囟ㄉ�物分子從某混合物中挑選出來，并且并不對該混合物中的其他成分造成任何不良影響�！　�

　　Hellinga認(rèn)為由于這些修飾蛋白作用非常強(qiáng)大并具有高特異性的特點(diǎn)，相信這些特異蛋白的問世將為開發(fā)大量的化學(xué)探測器提供重要物質(zhì)基礎(chǔ)。僅就醫(yī)學(xué)用途而言，可以預(yù)測利用某一集大量此類生化傳感器的微小生化芯片，在病人床邊借助一滴血液臨床醫(yī)生就完全能夠直接迅速地測出患者體內(nèi)某藥的血藥濃度或其他如血糖之類的代謝產(chǎn)物的水平。還比如，麻醉醫(yī)生利用此類生物傳感器就可以隨時(shí)監(jiān)測術(shù)中病人體內(nèi)麻藥的濃度變化，以及諸如腎上腺素之類的重要代謝物質(zhì)的水平而不必再依靠準(zhǔn)確度較差的檢測指標(biāo)。因此，這些生物傳感器的開發(fā)成功，在很多情況下將會使許多昂貴的實(shí)驗(yàn)室檢查以及費(fèi)時(shí)的所謂臨床分析技術(shù)被這些生化傳感器所代替而逐漸成為歷史。而且，Hellinga先生還進(jìn)一步指出，借助于可植入式血糖傳感器就可以持續(xù)檢測糖尿病患者的血糖水平并可為人工胰提供長期功能監(jiān)測。此外，Hellinga博士還預(yù)言此類生化傳感器將來還會在監(jiān)測污染源以及生化武器等有害物質(zhì)方面大有用途�！　�

　　Hellinga先生強(qiáng)調(diào)，該檢測系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。他說：“這些修飾蛋白是以細(xì)菌賴以檢測周圍化學(xué)環(huán)境的特異蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)開發(fā)出來的，由于自然界化學(xué)物質(zhì)不計(jì)其數(shù)，這就決定了細(xì)菌蛋白檢測系統(tǒng)種類的多樣性，而另一方面也就為成千上萬生物傳感器的誕生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。借助于我們自行研制的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，將這些種類眾多的研究對象加以修飾加工，使之成為高特異性及高敏感性的蛋白生化傳感器完全可能�！薄　�

　　“而且，其他生物傳感器與之相比，就顯得不僅操作復(fù)雜而且效用低下，那些檢測系統(tǒng)一般都是依靠酶促反應(yīng)來完成的，需要監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物及生成物，并需隨時(shí)補(bǔ)充消耗的化學(xué)物質(zhì)；加之那些生化傳感器在很大程度上都依賴于天然蛋白質(zhì)，這就大大限制了其適應(yīng)性。我們開發(fā)的修飾蛋白傳感器不僅具有很好的適應(yīng)性，而且這些修飾蛋白可以認(rèn)為都是生物成分與電子成分的穩(wěn)固組合�！盚ellinga補(bǔ)充道。　　

　　在發(fā)表的論文中，Hellinga及其合作者描述了他們?nèi)绾我砸环N稱之為“細(xì)菌胞質(zhì)結(jié)合蛋白”的細(xì)菌蛋白質(zhì)為研究對象開始進(jìn)行研究的詳細(xì)過程。那些細(xì)菌蛋白質(zhì)族是由許多位于細(xì)菌表面的“超家族”蛋白質(zhì)組成的。這些超家族蛋白就是細(xì)菌用來尋找諸如葡萄糖等食物資源以及躲避有毒物質(zhì)的高效特異傳感器�！　�

　　除了他們廣泛的可變性以外，這些蛋白質(zhì)主要的特點(diǎn)為它們的功能活性區(qū)域是與細(xì)菌傳遞代謝信號的特定結(jié)構(gòu)域變構(gòu)耦合在一起的。這樣內(nèi)部信號變化就可以直接觸發(fā)諸如細(xì)菌向食物源移動(dòng)的生物活動(dòng)。所謂變構(gòu)耦合現(xiàn)象就是指蛋白質(zhì)的兩個(gè)彼此獨(dú)立的不同結(jié)構(gòu)域，其中一個(gè)可以在不影響另一個(gè)結(jié)構(gòu)域的情況下自身發(fā)生劇烈變化。尤其是細(xì)菌蛋白質(zhì)的功能活動(dòng)就如鉸鏈一般，當(dāng)化學(xué)靶物質(zhì)一旦與其活性部位結(jié)合，該鉸鏈就會并攏，從而觸發(fā)產(chǎn)生遠(yuǎn)處的代謝信號。“稱之為鉸鏈折疊運(yùn)動(dòng)很容易令人理解，也較好操作”Hellinga解釋說。例如，在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，科研人員改變了細(xì)菌麥芽糖結(jié)合蛋白的活性部位，使之與釕金屬離子結(jié)合部位耦合在一起，當(dāng)該離子結(jié)構(gòu)域一旦發(fā)生改變就會產(chǎn)生電壓變化。因此，在加入麥芽糖使該蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變構(gòu)的同時(shí)，就會產(chǎn)生麥芽糖濃度依賴性電流變化�！　�

　　為了更好地解釋他們“鉸鏈折疊”機(jī)制的通用性，科研人員又應(yīng)用與葡萄糖及谷酰胺產(chǎn)生特異反應(yīng)的其他蛋白質(zhì)研制出了另外的生物電傳感器。此外，為充分說明他們開發(fā)的這一檢測系統(tǒng)的適應(yīng)性，他們從根本上又重新設(shè)計(jì)了麥芽糖結(jié)合活性部位以便使其與鋅探測器結(jié)合。　　

　　最后為了證實(shí)他們開發(fā)的生物傳感器探測特定物質(zhì)的獨(dú)立性，他們演示了利用其生物電傳感器特異性測定啤酒中麥芽糖濃度及人血漿中血糖濃度的試驗(yàn)過程。
　　
　　Hellinga先生對該系統(tǒng)的應(yīng)用前景充滿了信心，他堅(jiān)信已開展的真實(shí)的具體實(shí)踐，已經(jīng)充分證實(shí)了該系統(tǒng)無與倫比的高效性及特異性。