基于SURFE2R技術的固相支撐膜（Solid-Supported Membrane, SSM）電生理檢測方法研究：原理、優(yōu)勢與應用局限性分析

研究背景與目的

• 研究方向
  蘭迪·斯托克布里奇博士實驗室專注于發(fā)現(xiàn)和理解膜轉運蛋白，包括通道和能量耦合泵，這些蛋白是細胞的分子守門人，對微生物在惡劣環(huán)境中的生存至關重要，其研究有助于開發(fā)新的抗菌藥物。
• 研究對象
  團隊已發(fā)現(xiàn)氟化物（F-）和胍鹽（Gdm+）兩種有毒離子的 exporters，氟化物通道保護細菌免受環(huán)境氟離子毒害，胍鹽離子 exporters 與抗生素耐藥性相關的多藥 exporters 有有趣的進化關系。
• 研究問題
  圍繞這些轉運蛋白提出四個關鍵問題，即它們的結構、工作原理、進化過程以及生物學作用。
• 技術需求
  團隊最初使用放射性標記底物攝取法對新轉運蛋白家族進行初步表征，但需要更通用的檢測方法以擴展到非商業(yè)放射性標記底物，且熒光法不適用，平面脂質雙分子層電生理技術無法檢測其產(chǎn)生的小電流，因此尋求高靈敏度的檢測設備。

SURFE2R N1平臺的應用

• 平臺優(yōu)勢
  Nanion的SURFE2R N1平臺可高靈敏度研究電致膜轉運蛋白，已研究超過100個目標，包括協(xié)同轉運蛋白、交換蛋白、單向轉運蛋白、離子泵和離子通道。其特點包括無標記直接測量、實時即時響應、電容讀出、通過離子載體進行電壓控制、傳感器穩(wěn)定性高、可進行多小時多次測量、成功率和重現(xiàn)性高、自動化程度高（使用多達53種溶液進行自動測量，SURFE2R N1每天可達150個數(shù)據(jù)點，SURFE2R 96SE每天可達10,000個數(shù)據(jù)點）、可進行底物和抑制劑測定（對疏水性化合物和金屬離子，陰性對照至關重要）、目標范圍廣、樣品靈活性高（原生膜或蛋白脂質體，每個傳感器樣品消耗低至<0.1 μg蛋白，可能需要高蛋白密度）以及高靈敏度（巨大的傳感器表面，可檢測低至0.1 s?1的轉運速率，甚至構象轉變和結合）。
  
  
  
• 項目實施
  團隊希望表征新轉運蛋白家族的電生理特性，以確定底物的Km和Vmax等特性，并篩選一組底物的轉運活性。盡管最初對能否超越放射性標記底物持悲觀態(tài)度，但SURFE2R N1平臺的電生理實驗立即奏效，在初始培訓期間的試點實驗中就觀察到了非常穩(wěn)健的電流，收集的數(shù)據(jù)與已知的轉運蛋白信息一致，并能通過篩選大量結構相關底物推動項目向新方向發(fā)展。

技術對比與支持

• 技術對比
  團隊曾使用熒光和放射性標記攝取實驗，但在本項目中不適用。固體支持膜（SSM）電生理技術取代了放射性標記底物實驗，帶來諸多好處，如減少資金投入、實驗速度更快、減少監(jiān)管問題，且研究生更偏好該技術。
• 未來項目
  計劃將SURFE2R N1用于微生物氟化物通道研究，利用其高靈敏度在更低底物濃度（幾微摩爾）下監(jiān)測電流，以探究亞飽和離子濃度下的通道功能；同時，有同事咨詢將其用于細胞器或膜囊泡中轉運蛋白或離子通道電流的測量。