图 (a) 高分辨工程化MspA纳米孔检测氨基酸原理示意图；(b) 20种蛋白质氨基酸及代表性翻译后修饰氨基酸的单分子纳米孔指纹信号
在国家自然科学基金项目（批准号：22225405、31972917）等资助下，南京大学化学化工学院黄硕教授团队在蛋白质氨基酸及翻译后修饰鉴定方面取得进展。相关研究成果以“利用纳米孔明确区分20种蛋白质氨基酸及其翻译后修饰 (Unambiguous discrimination of all 20 proteinogenic amino acids and theirmodifications by nanopore)”为题，于2022年9月25日发表在《自然•方法》(Nature Methods)杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41592-023-02021-8#article-info。
天然的蛋白质由20种蛋白质氨基酸及他们的翻译后修饰组成，蛋白质序列测定为蛋白质生物功能的探究和疾病健康的理解提供了重要的信息。在单分子水平上直接鉴定蛋白质和检测翻译后修饰将促进蛋白质组学的研究，有望在单细胞水平上实现低丰度蛋白质的定量以及探索翻译后修饰的分布和相关性。纳米孔是一种已经被广泛应用DNA测序的单分子技术，然而，由于无法实现肽链在孔内的单向可控运动，以及缺乏区分20种氨基酸及它们的翻译后修饰信息的分辨率，纳米孔蛋白质测序尚未实现。
为此，南京大学黄硕团队构建了一种工程化的异质耻垢分枝杆菌膜蛋白A (MspA)纳米孔(图a)，可以同时检测全部蛋白质氨基酸和经典的翻译后修饰氨基酸。研究团队在MspA纳米孔最灵敏的识别区域引入了一个金属镍离子，利用配位相互作用实现了20种蛋白质氨基酸和4种修饰氨基酸的同时检测和完全区分(图b)。此外，研究团队还引入了机器学习算法对氨基酸事件进行自动鉴定，区分准确度可达98.6%。该策略还被成功用于氨基酸补充片和多肽的氨基酸组成鉴定。
该方法适用于大量氨基酸、翻译后修饰及氨基酸衍生物的检测，提供了单氨基酸分辨率的单分子分析工具。