某些类型的细菌具有对其他细胞“打孔”然后杀死它们的能力。这些细菌通过释放一种被称为“成孔毒素”（PFT）的特殊蛋白质，然后将这种蛋白质锁附在目标细胞的细胞膜上，形成穿过细胞膜的管状通道。这种贯穿细胞膜的结构便是所谓的孔。通过多个 PFT 打孔，目标细胞便会自我凋亡。

  不过，研究人员对 PFT 的兴趣远不止细菌感染。它们“打孔”形成的纳米级孔洞还可以用于生物分子感测：生物分子（例如DNA或RNA）可以像由电压控制的线一样穿过这些纳米孔，其各组分（例如 DNA 中的核酸）能够提供可读出的独特电信号。事实上，纳米孔感测已经作为一种 DNA 或 RNA 测序的重要工具投放市场。

  据麦姆斯咨询报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）科学家 Matteo Dal Peraro 领导的一项研究近期在 Nature Communications 发表，他们研究了另一种重要 PFT，可以有效地用于更复杂的感测应用，例如蛋白质测序。他们研究的 PFT 是气溶素（aerolysin），由嗜水气单胞菌细菌产生，是在许多生物体中发现的 PFT 主要家族的“创始成员”。

  气溶素的主要优点之一是它形成的孔非常狭窄，相比其他毒素的“分辨率”要高得多。之前的研究表明，气溶素可以用于“感知”多种生物分子，但关于气溶素结构及其分子感测能力之间关系的研究很少。

  研究人员首先利用气溶素的结构模型通过计算机模拟研究了其结构。气溶素是一种由氨基酸组成的蛋白质，该模型帮助科学家们了解了这些氨基酸通常如何影响气溶素的功能。

  研究人员一旦掌握了其结构和功能之间的关系，便可以从策略上改变计算机模型中的氨基酸。然后，利用模型预测了每种结构变化对气溶素整体功能的可能影响。

  通过计算，这项研究的主要作者 Chan Cao 博士获得了16个基因工程改造的“突变”气溶素孔，并将它们嵌入双层脂质中以模拟它们在细胞膜中的作用，然后进行了各种测量 （单通道记录和分子易位实验），以了解如何在分子水平上调节气溶素孔的离子电导率、离子选择性和易位特性。

  通过这种方法，研究人员最终找到了影响气溶素结构和功能之间关系的因素：气溶素“帽”。研究发现，气溶素孔不仅是穿过细胞膜的通道，而且还具有帽状结构，可以吸引并束缚目标分子，并通过通道“拉动”它们。另外，影响“拉动”分子的是气溶素帽区域的静电。

  “通过了解气溶素孔的结构如何影响其功能，我们现在可以设计出面向不同传感应用的定制孔洞。” Dal Peraro 说，“这将为测序 DNA、蛋白质及其转译后修饰的生物分子开辟新可能，并有望用于基因测序和诊断用生物标志物检测。”