在自然界中，氨基酸主要以左旋（L）对映体存在，而右旋（D）氨基酸则长期被视为“非蛋白质”对应物。事实上，D-氨基酸也广泛分布于生物体系中，不仅是革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的重要组成部分，还参与构成短肽、抗生素及毒素等生物活性分子。近年来，研究发现，镜像肽和蛋白质因具有抗酶解和优异的生物稳定性，正成为新型治疗分子和酶催化工具的研究热点。因此，准确识别D-氨基酸不仅对于药物开发至关重要，也为探索生物体系的镜像分子世界提供了重要契机。
近日，我院黄硕教授课题组基于原创开发的镍离子-次氮基三乙酸（Ni-NTA）修饰的耻垢分枝杆菌膜蛋白A纳米孔（MspA-NTA-Ni），首次实现了全部手性氨基酸的同时分辨，是世界上第一个能够完全分辨所有39种氨基酸对映体的纳米孔。该传感器可以同时识别所有19种D-氨基酸和无手性的甘氨酸（图1），准确率达到99.5%。该策略被进一步用于D-肽的氨基酸组成分析，证明了该策略用于鉴定D-肽组成的能力。
图1: MspA-NTA-Ni纳米孔同时分辨所有D－氨基酸及D－肽组分鉴定
值得注意的是，该技术能够同时检测所有39种氨基酸对映体（图2），总体精度为98.9%。此外，作者也采用分子动力学模拟研究了L-氨基酸和D-氨基酸在孔道内部的分子运动，实验和模拟共同证明MspA-NTA-Ni纳米孔对手性氨基酸的超高分辨率。这种方法不仅可以直接表征DL-氨基酸混合物，而且还为基于纳米孔的D-肽和D-蛋白外切测序提供了关键的传感器组件。
图2: MspA-NTA-Ni纳米孔对所有39种手性氨基酸的同时分辨
该工作以“Chiral Discrimination of all Proteinogenic Amino Acid Enantiomers by Nanopore Sensing”为题，于2025年10月21日在《Angewandte Chemie International Edition》发表（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202515531）。我院黄硕教授和南京大学物理学院李文飞教授为该论文的通讯作者，南京大学博士生张含含、博士后王可凡和博士生周骁为该论文共同第一作者。此项研究得到了生命分析化学国家重点实验室以及南京大学化学和生物医药创新研究院（ChemBIC）的重要支持，科技部国家重点研发计划（项目编号：2022YFA1304602）、国家自然科学基金（项目编号：22225405）、中央高校基本科研业务费资助项目（项目编号：020514380336）、南京大学生命科学分析化学国家重点实验室（项目编号：5431ZZXM2509），国家自然科学基金（项目编号：223B2402）等经费支持。