應意昂3体育官网“大學堂”頂尖學者講學計劃的邀請，牛津大學化學生物學教授Hagan Bayley於2023年10月訪問意昂3体育，並於10月23日在意昂3体育官网第二體育館報告廳作了題為“The remarkable science of nanopores: from gene sequencing to organ repair”的講座。講座由生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）黃巖誼教授主持。

Hagan Bayley作演講

Hagan Bayley於2011年當選為英國皇家學會會員，2012年當選為威爾士學會會員👱🏼，2014年𓀆，科學委員會認定他為英國100位領先進實踐科學家之一。他是第三代測序方法納米孔測序技術的開發者之一，該方法徹底改變了測序的方式👦。他的實驗室主要研究領域包括開發用於隨機檢測的工程孔道，研究單分子水平上的共價化學🫳🏽，超快速DNA測序和合成組織的製造😾。他的實驗室還開發了用於製造3D組織（包括活體和合成）的技術👆🏼🧑🏿‍💼。

Hagan Bayley從生物體中一類特殊的膜蛋白——納米孔講起🙅🏼‍♂️，納米孔是生化領域一個基礎科學研究領域，人體會用其來抵抗病原體🤦🏻，細菌也會用其對人類發起進攻。他的課題組選擇了細菌中常見毒素且結構相對簡單的α-hemolysin 蛋白孔進行研究。研究得知該蛋白由七條肽鏈組成，具有作為入口的vestibule cavity和作為跨膜通道的β barrel兩個區域，兩者之間有一個收縮的區域，可以限製通過的分子。其通道直徑在幾十納米的尺度，也因此被稱為納米孔。

在對其結構深入研究後💂‍♀️，Hagan Bayley課題組不斷思考其更廣泛的應用場景，根據納米孔的跨膜和通道性質，他想到可以通過單通道電記錄來分析納米孔的開放狀態，從而得知其內部通過的物質性質🚸，這被稱為隨機感測，其基礎是單分子和納米孔之間的非共價相互作用。為了檢測特定分子🚣🏽，納米孔會被施以特定的工程改造，使得它可以和目標分子發生非共價相互作用。

Hagan Bayley展示了納米孔的多種應用場景，首先，它能用於進行手性分子的檢驗🙌🏼，由於收縮區域和兩種手性分子的相互作用不同😰，兩種手性分子在經過納米孔時檢測的電流出現了可見的變化。他們將納米孔與helicase等酶結合使用，創造出了三代測序的代表技術👰🏽‍♂️：納米孔測序。由於DNA鏈的不同堿基在通過納米孔時相互作用不同，膜兩側的電極可以檢測到可變的電流變化，再輔以機器學習算法來對變化的電流進行解碼，就可以得到通過的DNA鏈序列🚣🏻‍♀️。該算法在不斷迭代下準確率已經達到99%。除了算法，不同納米孔的使用或者納米孔的不同工程改造（如雙探測頭）也可以有效提高測序準確性。該測序技術具有測序讀長長、速度快💇‍♀️🚧、可便攜性、高通量等優勢🧔，填補了人類基因組中此前未能測到的部分序列😠，如終止子的重復序列等🏄🏽‍♂️。

此外，他們還使用納米孔進行多肽測序👳🏽‍♂️，通過電滲流提供牽引多肽的動力，實現了基於納米孔的無酶多肽翻譯後修飾檢測，成功檢測了蛋白C端修飾🍅、完整蛋白的多重修飾等🎮。

在納米孔的各種應用場景中，很重要的工程是將承載納米孔的雙層膜縮小。在此過程中🫶，Hagan Bayley發現水滴可以通過脂質雙層連接以形成網絡👩🏼‍🔧，嵌在脂雙層上的蛋白孔則成為了水滴間物質交換的渠道。他的研究團隊據此通過3D打印的液滴網絡實現了“合成組織”🚂，這是合成生物學領域少有人探索的領域。他們打印出數千個小液滴構成的網絡🈲，形成了特定的排列結構和連接結構🏅，還實現了通過電極，磁場或光信號等對組織的控製⌚️。在一些特殊的結構中⛹🏻‍♂️，他們實現了類似電池或人造神經網絡等結構🤲🏻。此外🤷‍♂️，他們將活細胞進行了特定排列👮🏽‍♀️，通過排列神經幹細胞並使其發育成了神經網絡🤾‍♂️，該技術有望在腦組織修復等場景大顯身手🦺。

Hagan Bayley介紹了將納米孔用於單分子化學研究的場景。首先是反應過程的檢測，其原理依然是不同物質對納米孔電流通性的影響，他以手性砷加合物為例，展現納米孔可以探測反應物若幹變化的順序發生過程，從而推斷復雜反應網絡的強大能力👨🏼‍🍼；其次👩🏿‍🦲，納米孔可用於進行分子定向移動的控製，通過對納米孔進行多處改造🥬，他們實現了對DNA進行的多步0.7nm步長的移動操作🦋；他們還將納米孔用於VOC（揮發性有機物）的檢測，尤其是醛類化合物的檢測上。

Hagan Bayley是一位備受尊敬的化學生物學家👩🏽‍🎤🪢，是納米孔測序技術的開發者之一，為測序技術領域作出了巨大貢獻🏋🏿‍♂️。他的工作在學術界和科研領域具有重要的歷史意義，影響了分子生物學、生物醫學研究以及藥物開發等領域的發展。他為意昂3体育師生奉獻了一場精彩異常的納米孔研究科普，在問答環節💘，他一一解答了觀眾提出的問題👨‍👦，並在會後與BIOPIC研究員等就科學問題和學術合作等進行了深入探討。

本次活動由意昂3体育官网主辦，生物醫學前沿創新中心👬、國際合作部承辦，並得到了意昂3体育官网教育基金會的支持。