ナノポアを用いたポリペプチドの1分子検出に成功: 複数狭窄部を有するEpx4ナノポアを利用

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20026-06-15 東京農工大学

東京農工大学と東北大学、ローマ大学トル・ヴェルガータ校の国際共同研究グループは、複数の狭窄部を持つEpx4ナノポアを用いて、ポリペプチドを1分子レベルで検出することに成功した。ナノポア技術は、分子が微細な孔を通過する際に生じる電流変化を解析することで分子を識別する手法であり、DNAシーケンサーに続く次世代技術としてタンパク質やペプチドの配列解析への応用が期待されている。本研究では、細菌由来の孔形成毒素Epx4に着目し、複数の狭窄部によって標的分子との相互作用を高めることで識別性能の向上を図った。実験では、異なる分子量を持つ2種類のポリ-L-リジンを対象に解析を行い、Epx4ナノポアが従来のナノポアより高頻度かつ高感度でポリペプチドを検出できることを確認した。さらに、取得した電流シグナルを機械学習で解析した結果、従来法を上回る高精度で両者を識別できることが示された。本成果は、ペプチドやタンパク質の1分子解析技術の発展に寄与するものであり、将来的なペプチドバイオセンサーやタンパク質シーケンサーの実現に向けた重要な基盤技術となることが期待される。

ナノポアを用いたポリペプチドの1分子検出に成功: 複数狭窄部を有するEpx4ナノポアを利用
図1:Epx4ナノポアの構造とナノポア計測の原理。(A. Ijuin et al., Small Methods, 2026より一部引用)

<関連情報>

単一分子識別のための複数の狭窄部を有するEpx4ナノポア Epx4 Nanopore With Multiple Constrictions for Single-Molecule Identification

Ayako Ijuin, Kota Naito, Mana Sato, Virginia Di Toro Mammarella, Nanami Takeuchi, Mauro Chinappi, Yoshikazu Tanaka, Ryuji Kawano
Small Methods  Published: 11 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smtd.70762

ABSTRACT

Nanopore technology enables rapid, portable, and label-free single-molecule detection of analytes, including nucleic acids and proteins. One strategy for improving accuracy is to increase interactions between analytes and the nanopore. For example, engineered nanopores with additional constrictions improve analyte-pore interactions during translocation. This concept adopts the exploration of biological nanopores, which naturally contain multiple constrictions. Here, we demonstrate that Epx4, a pore-forming toxin with two independent β-barrels, functions as a nanopore sensor capable of generating informative ionic current signals during polypeptide translocation. Structural analysis of the pore geometry revealed that Epx4 contains up to four constrictions. In single-molecule measurements, Epx4 detected cationic polypeptides with a higher event frequency than α-hemolysin (αHL). With machine-learning-assisted analysis, Epx4 achieved an ROC AUC score of 0.82 and an F1 score of 0.72, both of which were higher than those obtained with αHL. Our findings suggest that Epx4 is a promising candidate for developing nanopore sensors with high accuracy for protein analysis.

生物化学工学
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