"少なくとも1つの標的小分子代謝産物を検出する方法であって、アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを含み、a前記アンカー部が分子モーターを含み、該分子モーターが、検出することが可能な並進運動又は回転運動を誘導することが可能な生体分子又は合成分子であり、b前記架橋部が、検出対象の小代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小代謝産物の存在に応答する少なくとも1つの生体成分又は合成成分を含み、前記架橋部が、共有結合相互作用又は高親和性結合相互作用によって前記アンカー部に連結し、c前記シグナル発生部が、前記検出対象の代謝産物の存在下で前記架橋成分に特異的に結合するか、又は前記架橋成分から解離する部分で官能基化された少なくとも1つの電磁検出プローブを含む、少なくとも1つの標的小分子代謝産物を検出する方法。サンプル中の標的分子のナノ検出の方法であって、a複数の分子モーターの各々と、選択された架橋部とを結合することであって、該分子モーターが、検出可能な並進運動又は回転運動を誘導することが可能な生体分子又は合成分子であり、前記架橋部が、検出対象の小代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小代謝産物の存在に応答する少なくとも1つの生体成分又は合成成分である、複数の分子モーターの各々と、選択された架橋部とを結合することと、b前記分子モーターと前記架橋部との集合の後に、前記複数の分子モーターを固体支持体に付着させることと、c前記架橋部に特異的な電磁検出プローブを、固定化した架橋デバイスに結合することであって、前記架橋部が、標的代謝産物の非存在下で前記プローブに対して高い親和性を有し、標的代謝産物と前記架橋部との結合が、前記架橋部に対する前記プローブの親和性の減少を誘導する、前記架橋部に特異的な電磁検出プローブを、固定化した架橋デバイスに結合することと、d前記架橋部に特異的な前記標的代謝産物を含有する疑いがあるサンプルを適用することと、e前記固体支持体と共役した少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を誘導することと、f前記固体支持体と共役した前記少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を顕微鏡で検出することであって、前記プローブの電磁特性の変化によって示される前記サンプルの存在下での並進運動又は回転運動の存在が、前記サンプルにおける標的代謝産物の欠如の指標となり、前記サンプルの存在下での前記プローブの電磁特性の変化の欠如によって示される並進運動又は回転運動の非存在が、前記サンプルにおける前記標的代謝産物の存在の指標となる、前記固体支持体と共役した前記少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を顕微鏡で検出することと、を含む、サンプル中の標的分子のナノ検出の方法。サンプル中の標的分子のナノ検出の方法であって、a複数の分子モーターの各々と、選択された架橋部とを結合することであって、該分子モーターが、検出可能な並進運動又は回転運動を誘導することが可能な生体分子又は合成分子であり、前記架橋部が、検出対象の小代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小代謝産物の存在に応答する少なくとも1つの生体成分又は合成成分である、複数の分子モーターの各々と、選択された架橋部とを結合することと、b前記分子モーターと前記架橋部との集合の後に、前記複数の分子モーターを固体支持体に付着させることと、c前記電磁プローブの非存在下で、前記架橋成分に特異的な前記標的代謝産物を含有する疑いがあるサンプルを適用することと、d前記架橋部に特異的な電磁プローブを結合することであって、該架橋部に特異的な標的代謝産物が該架橋部に結合している場合に、該架橋部が前記プローブに対して高い親和性を有する、前記架橋部に特異的な電磁プローブを結合することと、e前記固体支持体と共役した少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を誘導することと、f前記プローブの電磁特性の変化をモニタリングすることによって、前記固体支持体と共役した前記少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を顕微鏡で検出することと、を含み、前記サンプルの存在下での並進運動又は回転運動の増大によって示される前記架橋部に対する前記プローブの親和性の増大が、前記サンプルにおける前記架橋部に特異的な標的代謝産物の存在を示し、前記サンプルの存在下での並進運動又は回転運動の減少によって示される前記架橋部に対する前記プローブの親和性の減少が、前記サンプルにおける前記架橋部に特異的な標的代謝産物の非存在を示す、サンプル中の標的分子のナノ検出の方法。サンプル中の標的分子のナノ検出の方法であって、a複数の分子モーターの各々と固体支持体とを結合することであって、該分子モーターが、検出可能な並進運動又は回転運動を誘導することが可能な生体分子又は合成分子である、複数の分子モーターの各々と固体支持体とを結合することと、b前記複数の分子モーターの各々に、検出対象の小代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小代謝産物の存在に応答する少なくとも1つの生体成分又は合成成分を含む架橋部を連結することと、c前記架橋部に特異的な電磁検出プローブを、固定化した架橋デバイスに結合することであって、前記架橋部が、標的代謝産物の非存在下で前記プローブに対して高い親和性を有し、標的代謝産物と前記架橋部との結合が、前記架橋部に対する前記プローブの結合親和性の減少を誘導する、前記架橋部に特異的な電磁検出プローブを、固定化した架橋デバイスに結合することと、d前記架橋部に特異的な前記標的分子又は代謝産物を含有する疑いがあるサンプルを適用することと、e前記固体支持体と共役した少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を誘導することと、f前記固体支持体と共役した前記少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を顕微鏡で検出することであって、前記プローブの電磁特性の変化によって示される前記サンプルの存在下での並進運動又は回転運動の存在が、前記サンプルにおける標的代謝産物の欠如の指標となり、前記プローブの電磁特性の変化の欠如によって示される並進運動又は回転運動の非存在が、前記サンプルにおける代謝産物の存在の指標となる、前記固体支持体と共役した前記少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を顕微鏡で検出することと、を含む、サンプル中の標的分子のナノ検出の方法。サンプル中の標的分子のナノ検出の方法であって、a複数の分子モーターの各々と固体支持体とを結合することであって、該分子モーターが、検出可能な並進運動又は回転運動を誘導することが可能な生体分子又は合成分子である、複数の分子モーターの各々と固体支持体とを結合することと、b前記複数の分子モーターの各々に、検出対象の小代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小代謝産物の存在に応答する少なくとも1つの生体成分又は合成成分を含む架橋部を連結することと、c前記電磁プローブの非存在下で、前記架橋成分に特異的な前記標的代謝産物を含有する疑いがあるサンプルを適用することと、d前記架橋部に特異的な電磁プローブを結合することであって、該架橋部に特異的な標的分子が該架橋部に結合する場合に、該架橋部が前記プローブに対して高い親和性を有する、前記架橋部に特異的な電磁プローブを結合することと、e前記固体支持体と共役した少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を誘導することと、f前記プローブの電磁特性の変化をモニタリングすることによって、前記固体支持体と共役した前記少なくとも1つの分子モーターの並進運動又は回転運動を顕微鏡で検出することと、を含み、前記サンプルの存在下での並進運動又は回転運動の増大によって示される前記架橋部に対する前記プローブの親和性の増大が、前記サンプルにおける前記架橋部に特異的な標的代謝産物の存在を示し、前記サンプルの存在下での並進運動又は回転運動の減少によって示される前記架橋部に対する前記プローブの親和性の減少が、前記サンプルにおける前記架橋部に特異的な標的代謝産物の非存在を示す、サンプル中の標的分子のナノ検出の方法。工程cを工程dの前、工程dの後、又は工程dと同時に行う、請求項2~5のいずれか一項に記載の方法。前記架橋部が、特異的DNA配列に対する結合部位と、前記小分子代謝産物に対する結合部位とを含む転写調節タンパク質であり、前記シグナル発生部が、該転写調節タンパク質と結合することが知られる特異的DNA配列を含む、請求項2~6のいずれか一項に記載の方法。前記転写調節タンパク質が転写活性化タンパク質であり、前記小分子代謝産物と該転写調節タンパク質との結合の存在下でのみ、前記特異的DNA配列と該転写活性化タンパク質との結合による前記デバイスの集合が起こる、請求項7に記載の方法。前記転写調節タンパク質が転写抑制タンパク質であり、前記小分子代謝産物の存在下で、前記特異的DNA配列と前記転写抑制タンパク質との結合による前記デバイスの集合が起こり、前記電磁検出プローブが前記タンパク質から解離する、請求項7に記載の方法。前記架橋部が、前記小分子代謝産物に対する結合部位を含むシグナル伝達タンパク質であり、該シグナル伝達タンパク質が前記小分子代謝産物に結合すると、立体配座が変化し、前記シグナル発生部が、前記シグナル伝達タンパク質の活性型立体配座を検出する抗体を含む、請求項2~6のいずれか一項に記載の方法。前記架橋部が、DNA配列中の修飾塩基を認識するDNA校正タンパク質であり、前記シグナル発生部が検出対象のDNA配列に相補的なDNA配列を含み、前記検出対象のDNAと、前記電磁検出プローブに固定された前記DNA配列とのDNA塩基対合により前記デバイスの集合が起こる、請求項2~6のいずれか一項に記載の方法。前記電磁レポーターが光学粒子、磁性粒子及び熱粒子の少なくとも1つを含む、請求項2~11のいずれか一項に記載の方法。前記電磁レポーターが、蛍光ビーズ及び光散乱粒子の少なくとも1つを含む光学レポーターを含む、請求項12に記載の方法。前記電磁レポーターが金属元素群に由来するコロイド粒子である、請求項2~11のいずれか一項に記載の方法。アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを備えるナノ検出デバイスであって、a前記アンカー部が、F1-αサブユニット又はF1-βサブユニットのN末端上にhisタグ、及びF1-γサブユニット上にシステインを含むように部位特異的突然変異誘発によって修飾されたF1-ATPアーゼ分子を含み、複数の前記F1-ATPアーゼ分子が、前記F1-γサブユニットが顕微鏡スライドの表面から離れた状態で各々のF1-ATPアーゼ分子が配向するように前記顕微鏡スライドの表面に固定され、前記F1-γサブユニット上の前記システインがビオチン化され、b前記架橋部が、検出対象の小分子代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小分子代謝産物の存在に応答するタンパク質を含み、前記架橋部中の該タンパク質が、ビオチン化されるとともに、前記アンカー部の前記ビオチン化F1-γサブユニットとのビオチン-アビジン-ビオチン連結を介して前記アンカー部に連結し、c前記シグナル発生部が、前記検出対象の代謝産物の存在下で前記架橋部の前記タンパク質に特異的に結合する部分で官能基化された電磁検出プローブを含む、アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを備えるナノ検出デバイス。前記架橋部中の前記タンパク質が、特異的DNA配列に対する結合部位と、前記小分子代謝産物に対する結合部位とを含む転写調節タンパク質であり、前記シグナル発生部が、該転写調節タンパク質と結合することが知られる特異的DNA配列を含む、請求項15に記載のナノ検出デバイス。前記転写調節タンパク質が転写活性化タンパク質であり、前記小分子代謝産物と該転写調節タンパク質との結合の存在下でのみ、前記特異的DNA配列と該転写活性化タンパク質との結合による前記デバイスの集合が起こる、請求項16に記載のナノ検出デバイス。前記転写調節タンパク質が転写抑制タンパク質であり、前記小分子代謝産物の存在下で、前記特異的DNA配列と前記転写抑制タンパク質との結合による前記デバイスの集合が起こり、前記電磁検出プローブが前記タンパク質から解離する、請求項16に記載のナノ検出デバイス。前記架橋部中の前記タンパク質が、前記小分子代謝産物に対する結合部位を含むシグナル伝達タンパク質であり、該シグナル伝達タンパク質が前記小分子代謝産物に結合すると、立体配座が変化し、前記シグナル発生部が、前記シグナル伝達タンパク質の活性型立体配座を検出する抗体を含む、請求項15に記載のナノ検出デバイス。前記架橋部中の前記タンパク質が、DNA配列中の修飾塩基を認識するDNA校正タンパク質であり、前記シグナル発生部が検出対象のDNA配列に相補的なDNA配列を含み、前記検出対象のDNAと、前記電磁検出プローブに固定された前記DNA配列とのDNA塩基対合により前記デバイスの集合が起こる、請求項15に記載のナノ検出デバイス。前記電磁レポーターが光学粒子、磁性粒子及び熱粒子の少なくとも1つを含む、請求項15~20のいずれか一項に記載のナノ検出デバイス。前記電磁レポーターが、蛍光ビーズ及び光散乱粒子の少なくとも1つを含む光学レポーターを含む、請求項21に記載のナノ検出デバイス。前記電磁レポーターが金属元素群に由来するコロイド粒子である、請求項15~20のいずれか一項に記載のナノ検出デバイス。分子が転写調節タンパク質の活性化因子に結合するか否かを検出する方法であって、a請求項15に記載のナノ検出デバイスを作製することと、b前記デバイスと標的小分子代謝産物とを接触させることと、c前記デバイスに、F1-ATPアーゼの活性により前記F1-γサブユニットが回転する条件下でATPを添加することと、d前記標的代謝産物の存在下で前記顕微鏡スライドに結合した回転する前記電磁検出プローブから発生したシグナルと、前記標的代謝産物の非存在下でプローブによって発生したシグナルとを比較することであって、前記代謝産物の存在下での前記シグナルの増大が、前記代謝産物が前記転写調節タンパク質に結合していることを示す、比較することと、を含む、分子が転写調節タンパク質の活性化因子に結合するか否かを検出する方法。抑制タンパク質に結合する分子を検出する方法であって、a請求項18に記載のナノ検出デバイスを作製することと、b前記デバイスと標的小分子代謝産物とを接触させることと、c前記デバイスに、F1-ATPアーゼの活性により前記F1-γサブユニットが回転する条件下でATPを添加することと、d前記標的代謝産物の存在下で前記顕微鏡スライドに結合した回転する前記電磁検出プローブから発生したシグナルと、前記標的代謝産物の非存在下でプローブによって発生したシグナルとを比較することであって、前記代謝産物の存在下での前記シグナルの減少が、前記代謝産物が前記抑制タンパク質に結合していることを示す、比較することと、を含む、抑制タンパク質に結合する分子を検出する方法。分子とシグナル伝達タンパク質との結合を検出する方法であって、a請求項19に記載のナノ検出デバイスを作製することと、b前記デバイスと標的小分子代謝産物とを接触させることと、c前記デバイスに、F1-ATPアーゼの活性により前記F1-γサブユニットが回転する条件下でATPを添加することと、d前記標的代謝産物の存在下で前記顕微鏡スライドに結合した回転する前記電磁検出プローブから発生したシグナルと、前記標的代謝産物の非存在下でプローブによって発生したシグナルとを比較することであって、前記代謝産物の存在下での前記シグナルの増大が、前記代謝産物が前記シグナル伝達タンパク質に結合していることを示す、比較することと、を含む、分子とシグナル伝達タンパク質との結合を検出する方法。DNAを校正する方法であって、a請求項20に記載のナノ検出デバイスを作製することと、b前記デバイスと校正対象のDNA配列とを接触させることと、c前記デバイスに、F1-ATPアーゼの活性により前記F1-γサブユニットが回転する条件下でATPを添加することと、d前記校正対象のDNAの存在下で前記顕微鏡スライドに結合した回転する前記電磁検出プローブから発生したシグナルを決定することによって、該校正対象のDNA配列における修飾DNAの存在を決定することであって、前記電磁検出プローブに固定されたDNA配列とのDNA塩基対合が存在する場合にシグナルが発生する、決定することと、を含む、DNAを校正する方法。工程dが、暗視野顕微鏡検査による視覚的検出を用いて前記シグナルを検出することを含む、請求項24~27のいずれか一項に記載の方法。工程dが、前記検出プローブからの1つ又は複数の波長での光の強度の振動を決定することを含む、請求項24~27のいずれか一項に記載の方法。キットであって、a対象の小分子代謝産物に特異的に結合するタンパク質であって、前記対象の小分子代謝産物の結合を妨げないようにビオチン化される、タンパク質と、bF1-ATPアーゼ分子であって、該F1-ATPアーゼと固体支持体との付着を容易にするhisタグを有し、更にはビオチン化される、F1-ATPアーゼ分子と、c前記aのタンパク質を、該タンパク質が対象の小分子代謝産物に結合している場合に認識する分子に結合した金ナノロッドと、を含む、キット。固体支持体を更に含む、請求項30に記載のキット。アビジンを更に含む、請求項30に記載のキット。本発明では、固定化したF1-ATPアーゼを利用するナノ検出法を用いて標的代謝産物を検出する方法を提供する。多様な転写調節タンパク質が存在し、その各々が高い親和性及び特異性をもって小分子と結合する。かかる転写調節タンパク質は、特異的DNA配列との結合の結果として、DNA転写の活性化又は抑制に関与する。これらの調節タンパク質のほとんどは、シグナル分子による占有の結果として生じる二量体形態のDNAのみに結合する。転写活性化タンパク質については、代謝産物の結合は二量化、及びDNAに結合する高親和性結合部位の形成を誘導する。抑制タンパク質においては、代謝産物の結合は逆の影響を有する。調節タンパク質の例としては、環状AMPに結合するカタボライト活性化タンパク質、アラビノースに結合するアラビノース転写活性化因子、ウラシル依存性転写調節因子、GTP及びイソロイシン応答性調節因子、トリプトファン抑制タンパク質、並びにマルトース転写活性化因子、グルコース耐性アミラーゼ調節因子が挙げられるが、これらに限定されない。標的代謝産物としては、アミノ酸、炭水化物、ヌクレオチド、ヌクレオシド、ホルモン、有機酸、及び転写調節タンパク質に特異的に結合する任意の小分子が挙げられるが、これらに限定されない。調節タンパク質を遺伝子操作して、代謝産物の特異性を変化させることができる。1つの実施形態では、アラビノース転写活性化因子を、アラビノースの代わりにグルコースの結合に特異的となるように突然変異させることができる。本発明では、特定の代謝産物の検出に使用することができるナノ検出デバイスを提供する。かかるデバイスの例は、F1-ATPアーゼの分子を顕微鏡スライドの表面上に、回転γ-サブユニット軸が表面から離れるように配向させて取り付けることによって構築される。これは、未修飾であるか、又はニッケル-NTAを含有するように官能基化された顕微鏡スライドの表面に対して高親和性結合を有する、F1のαサブユニット及び/又はβサブユニットのC末端上のhisタグの存在によって達成される。F1-ATPアーゼのγサブユニットを遺伝子操作して、例えばビオチン-マレイミドを介してビオチン部分を含有するように共有結合的に修飾されたシステインを含有させる。標的分子代謝産物の検出に対する特異性をもたらす転写調節タンパク質を遺伝子操作して、二量化又はDNA結合部位を妨げないように位置するビオチン化のためのシステインを含有させる。次いで、ビオチン化された調節タンパク質及びビオチン化されたF1-ATPアーゼをアビジンを用いて集合させる。顕微鏡下で見ることが可能な検出プローブ金ナノロッドを含むが、これに限定されないの表面を、調節タンパク質に特異的な配列を有する二本鎖DNAを含有するように官能基化する。標的分子代謝産物が調節タンパク質に結合し、二量化及び高親和性DNA結合部位の形成が誘導される場合に、検出が行われる。続く官能基化されたナノロッドの添加は、代謝産物と結合した調節タンパク質のみについて、ナノスケールの検出デバイスの複合体の集合を可能にする。標的代謝産物の存在下と非存在下とで顕微鏡スライド上に結合したナノロッドの数を比較することによって検出を行うことができる。ナノデバイスの集合を用いた検出限界は、ナノデバイスの標的特異的な集合の数が、顕微鏡スライドの表面に非特異的に結合した金ナノロッドの数を超えて顕著に増大しない点である。これらの限定条件下では、ATPの添加は、F1-ATPアーゼ分子モーターによる回転の誘導を更に強める。回転するナノロッドは、標的代謝産物を含有する正確に集合したナノデバイスに特異的に結合したナノロッドのみである。ATPの存在が回転を誘導するため、金ナノロッドをF1-ATPアーゼのγサブユニットに直接付着させることによってATPの検出を行うことができる。同様にして、高濃度のピルビン酸キナーゼ及びホスホエノールピルビン酸を用いた共役酵素アッセイを用いて、ADPの存在の検出を行うことができる。同様に、F1-ATPアーゼと集合したグルコース耐性アミラーゼ調節因子を使用して、グルコースをグルコース-6-リン酸G-6-Pに変換するためにヘキソキナーゼ及びATPを用いた酵素共役アッセイによって、グルコースを検出することができる。次いで、G-6-Pが調節タンパク質に結合して、検出のためのDNAで官能基化された金ナノロッドとの集合を容易にする。抑制タンパク質を用いた検出は、抑制タンパク質二量体と、F1-ATPアーゼ及びDNAで官能基化されたナノロッドとの集合によって達成される。この場合、抑制タンパク質二量体は、標的代謝産物の非存在下でDNAに対して高親和性を有する。標的代謝産物と抑制タンパク質との結合は複合体の解離を引き起こし、これは観察される顕微鏡スライドの表面に結合したナノロッドの数の減少として検出される。結合した標的代謝産物の数の定量を容易にするために、ナノデバイスを、顕微鏡スライド表面上に特定の間隔を置いてナノアレイパターンで集合させることができる。これは、標的代謝産物の結合によって破壊されるナノロッドの格子パターンをもたらす。標的代謝産物の添加前及び添加後に観察されるナノロッドの数によって定量が決定される。別の実施形態では、標的代謝産物を検出するためにシグナル伝達タンパク質キナーゼを用いてデバイスを構築する。幾つかのタンパク質キナーゼは、特異的な代謝産物の結合によって活性化される。特定の実施形態は、環状AMPの結合の結果としてキナーゼ触媒活性が活性化されるタンパク質キナーゼAである。このタンパク質は、2つの触媒サブユニットと、cAMPと結合する2つの調節サブユニットとを含有する。cAMPと調節サブユニットとの結合は、触媒サブユニットの解離及び活性化を引き起こす立体配座変化を誘導する。これらのキナーゼの1つを用いて標的代謝産物を検出するために、このキナーゼの調節サブユニットを、ビオチン-アビジン連結を用いてビオチン化した、遺伝子操作したシステインを介してビオチン化F1-ATPアーゼに付着させる。この集合体は、触媒サブユニットがF1-ATPアーゼから遠位となるように設計される。標的代謝産物と結合すると、触媒サブユニットが解離し、それにより調節サブユニットのそれまで隠れていた領域が露出する。活性化の際に露出する調節サブユニットのその部分に対する、モノクローナル抗体で官能基化された金ナノロッドの付加は、ナノデバイスの集合を可能にし、それにより検出が可能となる。別の実施形態では、デバイスは、ナノロッド/ナノ粒子とF1-ATPアーゼとの間に架橋を形成するタンパク質成分が、修飾DNAの検出に使用されるDNAプルーフリーディングタンパク質となるように構築される。DNAのシトシンメチル化は、細胞分裂時のクロマチン状態の伝播において中心的役割を果たす重要なエピジェネティックシグナルである。プルーフリーディングタンパク質は、5-メチルシトシンのような修飾塩基を含有するDNAの配列に特異的に結合する。例えば、PHD及びRINGフィンガードメインを含有するユビキチン様物質UHRF1のSRAドメインは、DNA複製フォークでのCpG維持メチル化に必要とされる。このタンパク質はDNA配列中の5-メチルシトシンに特異的に結合し、DNAヘリックスからその塩基をフリップアウトする。DNAの特異的修飾に対する結合に関与するプルーフリーディングタンパク質を、アビジン-ビオチン連結を介してF1-ATPアーゼに付着させる。修飾塩基を含有する一本鎖標的DNAの鎖が、この検出複合体に導入されるか、又は検出プローブ鎖として知られる相補DNA鎖とハイブリダイズする。この相補鎖は、検出を可能にするナノデバイスの集合のためのアビジンでコーティングした金ナノロッドへの付着のために、いずれかの末端にビオチンを共有結合的に含有するように修飾される。このため、本発明は、所与のサンプルにおける標的代謝産物の非常に高感度の検出のための新規のデバイス、及びかかるデバイスを使用する方法を提供する。本明細書中で開示される方法では、検出対象の小分子代謝産物と、その小分子代謝産物に特異的に結合し、検出対象の特異的な小分子代謝産物の存在下でのみデバイス内にシグナルを発生する結合タンパク質との相互作用の結果として、その標的小分子代謝産物が検出される。対象の小分子代謝産物に結合する特異的タンパク質が、固体表面に固着する分子モーターと検出プローブとを架橋するために使用される。しかしながら、架橋は、そのタンパク質が検出対象の小分子代謝産物に結合する場合にのみ形成される。この結合が生じる場合、これは、検出対象の小分子代謝産物と架橋部中のタンパク質との結合の指標となる、分子モーターによって架橋部に与えられる運動を明らかにする検出プローブによって明らかとなる。プローブに与えられる運動は、検出プローブからのシグナルを検出する適切に選ばれた手段によって観察される。本発明の方法は、検出対象の小分子代謝産物の単一分子を検出することが可能であり、これにより臨床診断、法医学的分析、遺伝子発現分析、DNAシークエンシング及びDNA校正、並びにDNA計算を含むが、これらに限定されない幅広い用途を有する非常に高感度の標的検出技法がもたらされる。本発明に使用されるデバイスは、3つの別個の部分アンカー部、架橋部及びシグナル発生部からなると説明することができる。アンカー部は、集合全体を顕微鏡スライドに固着させ、発生したシグナルの顕微鏡による検出を可能にする部分である。アンカー部は、F1-αサブユニット又はF1-βサブユニットのN末端上にhisタグ、及びF1-γサブユニット上にシステインを含むように、部位特異的突然変異誘発によって修飾されたF1-ATPアーゼ分子を含み、ここで、複数の上記F1-ATPアーゼ分子は、F1-γサブユニットが顕微鏡スライドの表面から離れた状態で各々のF1-ATPアーゼ分子が配向するように上記顕微鏡スライドの表面に固定され、F1-γサブユニット上の上記システインがビオチン化される。架橋部は、検出対象の代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の代謝産物の存在に応答するタンパク質を含み、ここで、上記架橋部中の上記タンパク質は、ビオチン化されるとともに、上記アンカー部の上記ビオチン化F1-γサブユニットとのビオチン-アビジン-ビオチン連結を介して上記アンカー部に連結する。シグナル発生部は、上記検出対象の代謝産物の存在下で上記架橋部の上記タンパク質に特異的に結合する部分で官能基化された電磁検出プローブを含む。検出対象の小分子代謝産物は、対象のタンパク質が分子モーターとモーターによって誘導される運動を検出する検出プローブとの間の架橋内のタンパク質として使用される場合に、そのタンパク質に結合することができ、その架橋を形成する手段が検出対象の小分子代謝産物に特異的である任意の分子であり得る。訳注:原文の繰り返しは削除検出対象の小分子代謝産物の検出が行われるサンプルは、合成核酸、ゲノムDNA、細胞溶解物、組織ホモジネート、法医学サンプル、環境サンプル、及び細胞、組織又は完全な生物に由来する単離核酸サンプルを含むが、これらに限定されない任意の対象のサンプルであり得る。加えて、サンプルは、架橋部分の一部であるタンパク質に結合する作用因子を同定するために使用することができる小分子のライブラリーに由来するものであってもよい。このように、デバイスの架橋部分を形成する新たなタンパク質のモジュレーターを同定することができる。検出対象の小分子代謝産物を含有するか、又は含有する疑いがあるサンプルと、ナノ検出デバイスとを、検出対象の小分子代謝産物がデバイスの架橋部分のタンパク質に結合する条件下で接触させるための条件の最適化は、当業者によって容易に達成され得る。A.アンカー部ナノ検出デバイスのアンカー部は、検出することが可能な並進運動又は回転運動を誘導することが可能な任意の生体分子又は合成分子である分子モーターからなる。好ましい実施形態では、分子モーターは生体分子モーターを含む。かかる生体分子モーターの非限定的な例としては、F1-ATPアーゼ、アクトミオシン、絨毛軸糸、細菌絨毛モーター、キネシン/微小管、並びに核酸ヘリカーゼ及びポリメラーゼが挙げられる。好ましい実施形態では、分子モーターはF1-ATPアーゼを含む。F1-ATPアーゼ酵素は、その基礎構造においてα-サブユニット及びβ-サブユニットを含む。基礎構造は回転せず、表面に選択的に固着又は付着する。表面はDNAマイクロアレイ、スライドガラス、又は他の誘電体基板の一部であり得る。例として、F1ATPアーゼ上で回転するサブユニットにはγサブユニット及びεサブユニットが含まれるが、αサブユニット、βサブユニット、及びδサブユニットは回転しない。このため、F1ATPアーゼを分子モーターとして使用する場合、第1の親和性タグが、yサブユニット及び及び/又はsサブユニットに直接的に又は間接的に結合し、分子モーターが機能的部分、例えばhisタグを介してαサブユニット、βサブユニット、又はδサブユニットを通して基板に付着するのが好ましい。好ましい実施形態では、F1-ATPアーゼ回転生体分子モーターはα3β3γサブユニットの複合体である。この複合体によって、F1ATPアーゼと固体支持体との最適結合、及びγサブユニットとDNAとの最適結合が与えられる。F1-ATPアーゼ集合、サブユニット組成、及びF1-ATPアーゼ回転の誘導の詳細は当業者にとって既知である。例えば、米国特許出願公開第20030215844号、YoshidaetalJournalofBiologicalChemistry25234803485、DuetalJournalofBiologicalChemistry2761151711523、BaldetalJournalofBiologicalChemistry2751275712762、KatoYamadaetalJournalofBiologicalChemistry2731937519377、KatoetalJournalofBiologicalChemistry2722490624912、TuckeretalJournalofBiologicalChemistry279474158、TuckeretalEurJBiochem268217986、及びDuetalJournalofBiologicalChemistry2761151723を参照されたい。本発明の方法及び組成物に使用することができるF1-ATPアーゼサブユニットの例示的な非限定的な例は、当業者に既知であり、Genbankアクセッション番号NM_128864;Genbankアクセッション番号NM121348;Genbankアクセッション番号NM104043;Genbankアクセッション番号D14699;Genbankアクセッション番号D14700;AB095026;Genbankアクセッション番号BT000409;Genbankアクセッション番号AY136289;Genbankアクセッション番号AY114540;Genbankアクセッション番号AJ487471;Genbankアクセッション番号M20929;Genbankアクセッション番号AF034118;Genbankアクセッション番号D10491;Genbankアクセッション番号X05366;Genbankアクセッション番号AY072309;Genbankアクセッション番号AY062627;Genbankアクセッション番号U61392;Genbankアクセッション番号U61391;Genbankアクセッション番号X05970;Genbankアクセッション番号AB044942;Genbankアクセッション番号AF052955;Genbankアクセッション番号D37948;Genbankアクセッション番号AB022018;Genbankアクセッション番号AB007034;Genbankアクセッション番号D15065;Genbankアクセッション番号D00022;Genbankアクセッション番号J05397;AF134892;Genbankアクセッション番号Z00018;Genbankアクセッション番号U46215;Genbankアクセッション番号X53537;Genbankアクセッション番号X03559;Genbankアクセッション番号AF010323;Genbankアクセッション番号AB003549;Genbankアクセッション番号D88377;Genbankアクセッション番号D88376;Genbankアクセッション番号D88375;Genbankアクセッション番号D88374;Genbankアクセッション番号D10660;Genbankアクセッション番号X68691;Genbankアクセッション番号X56008;Genbankアクセッション番号X55389;Genbankアクセッション番号X59066;Genbankアクセッション番号L13320;Genbankアクセッション番号X51422;Genbankアクセッション番号Z00026;Genbankアクセッション番号X07745;X55963;Genbankアクセッション番号X68690;Genbankアクセッション番号X56133;Genbankアクセッション番号V00312;Genbankアクセッション番号U37764;Genbankアクセッション番号M65129;Genbankアクセッション番号J03218;Genbankアクセッション番号M16222;Genbankアクセッション番号J02603;及びGenbankアクセッション番号U09305で寄託されているものを含む。F1-ATPアーゼは、回転可視化技法のために、又はその検出が局所環境、例えばマイクロ電流又はインピーダンスの変動に左右される場合に固定化されているのが好ましい。同一の又は2つ以上の異なる分子モーターのいずれかである分子モーター群を表面上に固定化し、本発明のナノ検出デバイスのアレイを作製することができる。各々のF1-ATPアーゼがデバイスの架橋部で異なるタンパク質に付着し、異なるデバイスが異なるラベルで標識される場合、この分子モーターアレイを用いて、遺伝子チップを使用する場合と同様に複数の小分子代謝産物を検出することができる。本明細書で使用される場合、アレイは分子モーターがその表面に付着する固体表面を含む。幾つかの実施形態では、アレイは固体表面に付着した複数のナノ検出デバイスのランダムアレイであり、そこでこのデバイスは同じ又は異なる小分子代謝産物を検出するすなわち、ナノ検出デバイスの架橋部中のタンパク質が異なる小分子を検出する。他の実施形態では、アレイは特定のタンパク質を含有する特定のナノ検出デバイスの配置がそのアレイ上に特定の位置に与えられ、その位置が色の違い又は他の選択マーカーにより示され、それによって特異的な分子モーターの配置を正確に示すことが可能になるアドレス可能なアレイである。アイレは通常、異なる既知の配置で基板の表面と共役する異なる捕捉基に連結した複数の分子モーターを含む。例えば、様々な官能基がガラス表面に付着した幾つかのシラン誘導体が存在する。固体表面という用語は、本明細書で使用される場合、剛体表面又は半剛体表面を有する物質を表す。かかる物質は、チップ、プレート、スライド、カバーガラス、小ビーズ、ペレット、ディスクの形態又は他の便利な形態をとるのが好ましいが、他の形態を使用してもよい。表面は一般的に親和性標的でコーティングされている。かかる固体表面を、その表面との所望の結合を改善し、及び/又はその表面との非特異的な結合を最小限に抑える任意の方法でコーティングすることができる。好ましい実施形態では、ニッケル-ニトリロ三酢酸Ni-NTA親和性樹脂SigmaAldrichの製品番号P6611が使用される。更なる実施形態では、アセチル化BSAを添加して、非特異的な結合を低減することができる。アレイを例えば電子ビームリソグラフィーを使用して作製することができる。F1-ATPアーゼ酵素のγ-サブユニットは基礎構造と分子的に共役し、基板の表面に垂直に上方へと配向している。F1-ATPアーゼ酵素は、γ-サブユニットアームの回転を誘導するα-サブユニット及びβ-サブユニットを有する分子モーターとして作用する。このため、γ-サブユニットアームは、酵素が付着する表面に垂直に上方へと配向し、α-サブユニット及びβ-サブユニットの活性に応答して回転する駆動軸として働く。γ-サブユニットアームの回転は顕微鏡下で直接観察することが困難であり、そのためγサブユニットをシグナル発生部と共役させる。B.シグナル発生部及びシグナルの検出本発明のナノ検出デバイスのシグナル発生部には、検出プローブが存在する。検出プローブは、デバイスの架橋部に付着し、分子モーターによって生じる運動を検出する手段、例えば金属ナノ粒子ロッド、球体spheres、量子ドット等、蛍光色素、及び蛍光色素で標識したナノ粒子を与えることが可能ないずれのものであってもよい。好ましい実施形態では、金、銀、アルミニウム、白金、銅、亜鉛、及びニッケルを含むがそれらに限定されない元素金属ナノロッドを使用する。一例では、顕微鏡による目視観察が可能な金ロッド検出プローブを官能基化し、架橋部タンパク質が検出対象の小分子に結合する場合に、そのタンパク質に結合する部分をビオチン-アビジン結合を介してその上に付着させている。金ナノロッドはタンパク質又は他の結合分子、例えばアビジンによってγ-サブユニットアームに付着する。γ-サブユニットアームを金ナノロッドの任意の部分に、例えばいずれかの末端に、その中央に、又はその間にある任意の点に付着させることができる。γ-サブユニットアームの回転運動が金ナノロッドに伝わるように、結合分子が金ナノロッドとγ-サブユニットとを連結させる。金ナノロッドは、γ-サブユニットアームの回転運動に合わせて回転する。更なる例では、金ナノロッドを、DIGジゴキシゲニン二次親和性タグと特異的に結合する抗DIG抗体親和性標的でコーティングする。金属ナノ粒子、例えば金ナノロッドは、表面プラズモンとして知られるその伝導電子の集団振動のために有効な光の吸収体及び散乱体である。表面プラズモンバンドの数、位置、及び形状は、金属の種類、粒子のサイズ及び形状、並びに周囲媒体の誘電率によって決定される。非球形ナノ粒子は複数の表面プラズモンモードを保有する。例えば、ロッド形状のナノ粒子はその長軸及び短軸にそれぞれ対応する2つの共振モードを示す。金ナノロッドは先端が丸い又は平らな、ロッド、シャフト、又はシリンダーの形状である。金ナノロッドは直径が約15nm~40nm及び対称軸に沿った長さが約60nm~80nmである。他の実施形態では、金ナノロッドの長さ-直径の縦横比は2.5:1~20:1である。ロッド形状のナノ粒子は通常、ベースウェハ又は球体から成長させる。金ナノロッドはシャフトの直径及び長さに対応する2つの表面プラズモン共鳴を有するという光学異方性を示す。短軸はロッドの横方向のプラズモン共鳴に対応する。長軸はロッドの縦方向のプラズモン共鳴に対応する。金ナノロッドの短軸及び長軸は、それぞれの寸法に応じて異なる波長で白色の入射光を散乱する。より長い軸はより短い軸よりも表面積が大きい。金ナノロッドの短軸又は端面は、表面積が小さくなるためにより短い波長の光を散乱し、金ナノロッドの長軸又は側面は、表面積が大きくなるためより長い波長の光を散乱する。1つの実施形態では、金ナノロッドの短軸は約520nm~570nmの波長の緑色光を散乱し、長軸は685nm~730nmの波長の赤色光を散乱する。他の相対寸法の金ナノロッドでも2つの異なる波長の白色の入射光を散乱すると考えられる。金ナノロッドの光散乱特性をγ-サブユニットアームによって伝えられる回転運動と組み合わせることで、ナノスケールでの分子構造の物理的特性及び挙動現象の観察及び測定が可能になる。簡潔に考えると、フルスペクトル白色光源を一般的に基準方向へと向ける。白色光の光子が波動関数として金ナノロッドに衝突し、偏光フィルターの入射角に対する金ナノロッドの配向に応じて、光の波長の一部が散乱する。金ナノロッドの所与の寸法によって、短軸が偏光子と平行となるようにナノロッドが配向する場合位置A、緑色光の散乱が最大となり、赤色光の散乱が最小となる。ナノロッドの長軸が偏光の方向で配向する場合位置B、赤色光の散乱が最大となり、緑色光の散乱が最小となる。これは図2に見ることができる。金ナノロッドからの散乱光を偏光する。赤色及び緑色の共鳴の強度は、入射光の偏光面に対するナノロッドの相対配向に応じて変化する。回転するF1-ATPアーゼ分子モーターとの接続による金ナノロッドの回転性質により、緑色と赤色とが交互に閃光するflashes又は点滅する観察可能な光が生じる。赤色光及び緑色光の点滅の強度及び速度は、γ-サブユニットアームの回転の速度に応じたものである。金ナノロッドからの赤色と緑色との点滅光を観察することによって、F1-ATPアーゼ酵素の回転運動を検出及び測定することができる。可視点滅光は物理的な回転構造自体よりも観察するのが非常に容易である。その上、散乱波長の偏光性質により、位置Aと位置Dとの間で金ナノロッドが暗くなる。緑色光及び赤色光の閃光は、暗視野顕微鏡検査を用いて検出、観察、及び測定が可能である。金ナノロッド30からの散乱光を検出、観察、及び測定するための暗視野顕微鏡検査機器の構成を図1に示す。光源からのフルスペクトル白色光38が、暗視野集光器及びレンズ40に入射し、光の経路が変更され、金ナノロッド30の長軸及び短軸の配向に対する斜角を生じる。金ナノロッド30が付着したF1-ATPアーゼ酵素10をスライド表面20上に配置する。F1-ATPアーゼ酵素10及び回転金ナノロッド30を白色光に曝す。F1-ATPアーゼ酵素10の回転運動、及び対応する金ナノロッド30の回転により、入射光の赤色及び緑色の波長がナノロッドの配向に応じて散乱する。長軸が白色光に曝されると赤色光が散乱し、短軸が白色光に曝されると緑色光が散乱する。非散乱光は対物レンズ42へと進み、そこでその光は絞り44によって遮断される。金ナノロッド30によって散乱された光の波長は絞り又はアパチャー44を通過する。偏光フィルター46が対物レンズ42の出光部outputに配置され、偏光フィルターと配向する散乱光の波長を通過させ、さらに散乱していても又は散乱していなくても偏光フィルターと配向しないあらゆる光を遮断する。偏光フィルター46と配向する赤色散乱光はフィルターを通過する。同様に、偏光フィルター46と配向する緑色散乱光もフィルターを通過する。赤色及び緑色の散乱光の強度は、偏光の角度に応じて変化し、金ナノロッド30の適当な軸が偏光面と平行となる場合に最大となる。金ナノロッド30の長軸から散乱された光が偏光フィルター46と配向する場合、赤色光が通過する。金ナノロッド30の短軸から散乱された光が偏光フィルター46と配向する場合、緑色光が通過する。偏光フィルター46を通過する光が他になければ、偏光フィルター46の出光部は暗くなる。赤色光及び緑色光の強度は光学処理装置48で回収され、そこで赤色光及び緑色光が個々のチャネルに分離される。MetaVueソフトウェアを用いて、赤色光及び緑色光の強度を単離、検出、観察、及び測定する。F1-ATPアーゼ酵素により誘導された回転は、金ナノロッド30の表面プラズモン共鳴により、偏光フィルター46を通る赤色と緑色とが点滅する光として観察される。赤色と緑色とが交互に点滅する光は、F1-ATPアーゼ酵素10の物理的特性及び挙動特性の観察可能かつ定量可能な表示を与えており、例えば赤色と緑色との点滅速度は、F1-ATPアーゼ酵素10の回転の速度に応じたものである。ナノ粒子は楕円状、ロッド形状、又は他の異方性形状であってもよい。ナノ粒子は純金属又は合金で構成されていてもよく、異なる種類の金属又はガラスのような他の材料でコーティングされていてもよい。ナノ粒子は、例えばeビームリソグラフィーによって金属化表面上にパターニングされた平板構造であってもよい。分子モーターの運動の誘導は所与の分子モーターに対して当該技術分野において標準的な方法によって行われる。例えば、F1ATPアーゼの運動は、標準技法NojiHYasudaRYoshidaMandKinositaKNature386299302を用いてATPを添加することによって誘導される。本発明の方法に使用されるATPの好適な濃度は、1pM~2mM、好ましくは200μM~1mMの範囲である。F1-ATPアーゼの回転速度は、使用するATP濃度によって制御することができる。例えば、検出方法によっては、他よりも大きい回転速度を検出することが可能な場合があり、このため使用するATPの特定の濃度は採用する検出技法に一部依拠すると考えられる。当業者であれば、同じような公開されているプロトコルを用いて他の既知の分子モーターの運動を誘導する方法を決定することができる。検出される唯一の運動が検出プローブに接続する分子モーターに起因するものであり、この接続が、検出対象の小分子代謝産物が分子の架橋部でタンパク質に結合することに依拠し、またその場合にのみ起こることが、本発明の特定の態様である。この接続が検出対象の小分子代謝産物とタンパク質との特異的な結合に起因する架橋においてタンパク質に結合した検出対象の小分子代謝産物の存在に依拠するため、この運動の観察によって、検出対象の小分子代謝産物の存在が特定されると考えられる。検出プローブによる分子モーターの運動の検出を任意の好適な手段により達成することができる。1つの実施形態では、その運動の直接的な可視化が用いられる。好ましい実施形態では、顕微鏡による目視観察が可能な元素金属ロッド検出プローブをデバイスの架橋部に付着させる。他の観察手段としては、単一分子蛍光共鳴エネルギー移動、蛍光寿命異方性、及び原子間力顕微鏡検査が挙げられるが、これらに限定されない。顕微鏡検査の他にも、他の方法を使用して、検出プローブの回転を観察することができ、その方法には、1分子モーターをナノ電極上に付着させ、回転により生じたマイクロ電流の変化又はインピーダンスの変化を測定すること;2分子モーターの非回転部上にPacificBlue商標MolecularProbes等の蛍光標識を付着させること;及び3単一分子異方性測定が含まれるが、それらに限定されない。別の代替形態では、回転は消光quencher検出プローブによる蛍光シグナルの周期的な消光によって観察することができる。更なる代替形態では、表面プラズモン共鳴バイオセンサを使用して、金属ナノロッドの回転中の表面プラズモン共鳴の変化を測定することができる。最も好ましい実施形態では、金属例えば金ナノロッドを可視光400nm~700nmの波長範囲で使用して、回転を検出し、検出能の改善をもたらすことができる例えば国際公開第2004/053501号を参照されたい。ナノロッドから散乱される光を、ロッドの長軸及び短軸それぞれから散乱されるより長い波長及びより短い波長で偏光させる。偏光フィルターを通して見た場合、散乱光の強度はフィルターの方向に対するロッドの角度に依拠する。ロッドの長軸及び短軸から散乱される光は、それらの軸がフィルターの方向と平行である場合に最大値をとり、フィルターに垂直である場合に最小値をとる。例えば、散乱光の長波長及び短波長がそれぞれ、赤色及び緑色である場合、緑色の強度が最小である場合に赤色の強度が最大となる。このため、偏光フィルターを通して見た金属ナノロッドの回転は、赤色と緑色との点滅であると考えられる。この実施形態では、ナノロッドを回転させながら赤色光及び緑色光の両方の強度の振動をモニタリングすることで、ロッドを回転させる独立した立体配座が得られる。更なる好ましい実施形態では、一方のみの波長の光の強度の振動を測定し、それによりシグナル対ノイズ比を更に改善させる。これらの実施形態では、光の両方の波長を用いて例えばビームスプリッタ又はカラーカメラを用いて又は一方のみの波長を用いて例えば緑色フィルター又は赤色フィルターを用いて測定を行うことができる。デジタルカメラによっては、フレームレートデータ収集の速度に関して制限があるものがあるが、このカメラであっても回転ナノロッドからの強度の振動を測定するのには十分高感度である。単一光子カウンタを用いて、振動の測定を行うことができる。ピンホールカメラはカメラオブスクラとして作用し、一度に1つのロッドのみの振動しか測定することができないが、シグナル対ノイズ比を大幅に高くすることでフレームレートを大幅に大きくすることが可能である。デジタルカメラは一度に多くのナノロッドの振動データを収集することができるが、カメラの速度及び感度はロッドの回転速度を捕捉するのに十分なものであればよい。好ましい振動速度はその測定を行うのに使用される検出デバイスで容易に測定されるものである。元素金属ナノロッドを用いるこれらの実施形態では、暗視野顕微鏡検査が好ましい検出方法であるが、これはナノロッドから散乱される光のみが観察され、シグナル対ノイズ比が更に改善するためである。別の実施形態では、明視野顕微鏡検査を用いて検出を行う。本発明の方法が検出対象の小分子代謝産物の単一分子を検出することが可能であるため、本発明の方法により、サンプルに存在する検出対象の小分子代謝産物の量を定量する正確な手段が与えられる。1つの実施形態では、回転分子の数を可視化により決定し、観察される総サンプルに対する割合に関して計算が行われる。これは、DNAマイクロアレイを用いる現在使用されている蛍光検出方法では不可能である。特定の実施形態では、アンカー部はビオチン/アビジンを介して隣接架橋部に連結するが、他の結合対を用いてこの結合を達成してもよい。他のかかる結合対の非限定的な例としては、ジゴキシゲニンDIG/抗ジゴキシゲニン抗体及び他の抗原/抗体対が挙げられる。エピトープタグ、例えばhisタグ、及びエピトープタグに指向性を有する抗体又はその断片は本発明の方法に使用される結合対の更なる例である。当業者であれば、親和性タグと、分子モーター又は検出プローブとの間接的な結合として本明細書で挙げられる或る特定の実施形態を、直接的に結合する実施形態にも使用することができることを理解するであろう。C.架橋部本発明では、ナノ粒子とγサブユニットとの間に、検出対象の代謝産物に結合する又は別の形でその存在に応答するタンパク質からなる連結部、架橋部又は共役部が存在する。本明細書の上記で述べられるように、そのタンパク質は、転写調節タンパク質、シグナル伝達タンパク質、DNA校正タンパク質、又は実際に対象の代謝産物に対する結合タンパク質として作用する任意の他のタンパク質であり得る。例示的な転写調節タンパク質としては、JNK1C-junキナーゼ1;マイトジェン活性化タンパク質キナーゼ8;MAPK8;P38キナーゼマイトジェン活性化タンパク質キナーゼ14;MAPK14;p38MAPKINASE;p38-ALPHA;ATF2、MEF2C、及びMAX、細胞周期調節因子CDC25B、腫瘍抑制因子p53;遺伝子コードcdc2、遺伝子コードサイクリンサイクリンA、サイクリンD、サイクリンE、cdc25C、WAF1野生型p53活性化断片1、INK4、CDKCDK1、CDK2、CDK4、CDK6、Rbタンパク質、及びE2Fが挙げられる。例示的な転写抑制タンパク質としては、例えばテトラサイクリンtet抑制タンパク質が挙げられる。上記で述べられるように、使用することができる特異的なシグナル伝達タンパク質はタンパク質キナーゼAである。使用することができる他のタンパク質キナーゼとしては、Ras、A-Raf、B-Raf、及びRaf-1等が挙げられる。D.キット及び例示的な実施形態別の態様では、本発明は、小分子代謝産物の検出のためのキットであって、a対象の小分子代謝産物に特異的に結合するタンパク質であって、対象の小分子代謝産物の結合を妨げないようにビオチン化される、タンパク質と、b3サブユニット又は5サブユニットのF1-ATPアーゼ分子等の分子モーターであって、F1-ATPアーゼ分子がF1-ATPアーゼと固体支持体との付着を容易にするhisタグを有し、更にはF1-ATPアーゼ分子がビオチン化される、分子モーターと、caのタンパク質を、タンパク質が対象の小分子代謝産物に結合している場合に認識する分子に結合した金ナノロッドと、を含む、小分子代謝産物の検出のためのキットを提供する。キットは固体支持体及びアビジンを更に含んでいてもよい。好ましい実施形態では、キットは架橋部に結合する分子モーター及び/又は架橋部に結合する検出プローブを更に含有する。更なる実施形態では、分子モーターが固体支持体、例えばガラスカバースリップ又は他の好適な支持体に結合する。支持体を分子モーターとの結合に好適な任意の方法で誘導体化することができる。本発明はまた、アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを含む組成物であって、a前記アンカー部が、F1-αサブユニット又はF1-βサブユニットのN末端上にhisタグ、及びF1-γサブユニット上にシステインを含むように部位特異的突然変異誘発によって修飾されたF1-ATPアーゼ分子を含み、複数の前記F1-ATPアーゼ分子が、前記F1-γサブユニットが顕微鏡スライドの表面から離れた状態で各々のF1-ATPアーゼ分子が配向するように前記顕微鏡スライドの表面に固定され、前記F1-γサブユニット上の前記システインがビオチン化され、b前記架橋部が、検出対象の小分子代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小分子代謝産物の存在に応答するタンパク質を含み、前記架橋部中の該タンパク質が、ビオチン化されるとともに、前記アンカー部の前記ビオチン化F1-γサブユニットとのビオチン-アビジン-ビオチン連結を介して前記アンカー部に連結し、c前記シグナル発生部が、前記検出対象の代謝産物の存在下で前記架橋部の前記タンパク質に特異的に結合する部分で官能基化された電磁検出プローブを含む、アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを含む組成物を提供する。本発明は、アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを含む組成物であって、aアンカー部が、F1-αサブユニット又はF1-βサブユニットのN末端上にhisタグ、及びF1-γサブユニット上にシステインを含むように部位特異的突然変異誘発によって修飾されたF1-ATPアーゼ分子を含み、複数の上記F1-ATPアーゼ分子が、F1-γサブユニットが顕微鏡スライドの表面から離れた状態で各々のF1-ATPアーゼ分子が配向するように上記顕微鏡スライドの表面に固定され、F1-γサブユニット上の上記システインがビオチン化され、b転写調節タンパク質が検出対象の小分子代謝産物に結合するか、又は別の形で検出対象の小分子代謝産物の存在に応答する場合に、架橋部が特異的なDNA配列に対する結合部位を含む転写調節タンパク質を含み、上記架橋部中の該タンパク質がビオチン化されるとともに、上記アンカー部の上記ビオチン化F1-γサブユニットとのビオチン-アビジン-ビオチン連結を介して上記アンカー部に連結し、c転写調節タンパク質が検出対象の小分子代謝産物に結合する場合に、シグナル発生部が、上記架橋部分の上記転写調節因子に結合することが知られている特異的なDNA配列で官能基化された電磁検出プローブを含む、アンカー部と、架橋部と、シグナル発生部とを含む組成物も提供する。本発明は、a固体支持体と、b検出対象の小分子代謝産物に特異的なタンパク質を含む架橋部に付着する、固体支持体に付着した複数の分子モーターとを含む組成物を更に提供する。好ましい実施形態では、複数の分子モーターは2種類以上の分子モーターを含む。更に好ましい実施形態では、支持体上の異なる種類の分子モーターは検出対象の異なる小分子代謝産物に特異的な異なるタンパク質を架橋部に含む。更なる好ましい実施形態では、組成物は、ビオチン-アビジン-ビオチン連結を介して分子モーターに結合した検出対象の小分子代謝産物に特異的に結合する転写活性化タンパク質である第1のタンパク質を架橋部に更に含む。更に好ましい実施形態では、架橋部中のタンパク質は、ビオチン-アビジン連結等の親和性タグによる連結を介して金ナノロッドに結合するDNA分子に結合する転写抑制タンパク質である。本明細書に記載されるようなかかる方法は、上述の理由から、金ナノロッドが検出アッセイにおける使用に好ましいため有用である。F.実施例実施例1:本発明の1つの実施形態では、第1の親和性タグであるビオチンを本発明のデバイスの架橋部の一部をなすタンパク質上のシステイン残基に付着させる。このビオチン化タンパク質は、分子モーターと、親和性タグを介して分子モーターから生じる運動を検出するのに使用される検出プローブとの間の架橋として使用する。架橋部のビオチン化タンパク質を分子モーターの可動成分に付着させる。検出プローブに存在する検出部がナノ検出デバイスの架橋部に結合することができるように架橋部中のタンパク質の立体配座が変更されるために、検出対象の標的小分子代謝産物が存在する場合に架橋部が検出部と接続することになる。具体例では、検出プローブは、ビオチンアビジン結合によりナノロッドに結合する架橋部中のタンパク質に結合する又はそれを認識する部分に付着する、顕微鏡検査により可視化することができる金ナノロッドを含む。特定の金ロッドは特定のサイズを有し、赤色から緑色又は赤色のみの場合は黒色への及びその逆のback規則的な色の変化がロッドの回転を特徴的に示すように照射を受けた。F1-ATPアーゼと架橋部との集合、及びナノロッドの調製後、F1-ATPアーゼを顕微鏡スライド等の固体基板上に固定化する。この固定化は非回転F1モーター構造とニッケル表面とのヒスチジン結合によって行われる。分子モーターの運動はATPの添加によって誘導される。検出される唯一の運動は付着した検出プローブと接続するモーターに起因するものである。この接続が架橋中のタンパク質に結合した検出対象の標的小分子代謝産物の存在に依拠し、また検出対象の標的小分子代謝産物が架橋部中のタンパク質に結合する場合にしか、ナノロッドビーズ上の部分と架橋部中のタンパク質との結合をもたらすことができないため、この運動の観察によって、サンプルにおける検出対象の標的小分子代謝産物の存在が特定されると考えられる。実施例2:ナノ検出デバイスの4つの成分を別々に調製した:1検出対象の標的小分子代謝産物に特異的なタンパク質で構成されたタンパク質架橋;2修飾されたF1-ATPアーゼ;3ニッケルでコーティングされたカバースリップ;及び4コーティングされたナノロッド。これらの成分を調製した後、それらを検出対象の標的小分子代謝産物を添加することでデバイスへと集合させた。デバイスに付着したナノロッドの回転は、検出対象の標的小分子代謝産物が存在し、デバイスの集合が可能であった場合にのみ観察された。架橋タンパク質として働くタンパク質は概して、ビオチン-アビジン-ビオチン連結を介した分子モーターへの付着に最適な位置にある場所にシステインを組み込むように修飾される。架橋タンパク質の機能的特性が変わらないように、またシステインが可視プローブを付着させるのに用いられるDNA認識/結合部位の形成を妨げないように、架橋タンパク質に特異的なシステインの場所が選ばれる。架橋タンパク質を遺伝子操作し、標的分子に対するその特異性を変化させることもできる。一例として、アラビノース活性化タンパク質に対して突然変異を行い、アラビノースの代わりにグルコースに対するその親和性を増大させることができる。別の実施形態では、架橋成分が異なるDNA配列を認識し、ナノデバイスの集合が達成されるように、DNA認識/結合部位をタンパク質の遺伝的修飾によって変化させることができる。修飾F1-ATPアーゼ大腸菌AB004株から単離されたF1-ATPアーゼは、5つのサブユニットを全て含有し、その化学量論組成はα3β3γδεである。これらのタンパク質の配列は、以下の変更を加えた、Genbankアクセッション番号:α、AAA24735;β、AAA24737;γ、AAA24736;δ、AAA24734;及びε、AAA24738に対応する。突然変異を行い、αサブユニット、βサブユニット、γサブユニット、δサブユニット及びεサブユニットに存在する全てのシステインをアラニンに置き換えた。αサブユニットを突然変異させ、6個のヒスチジンでN末端を伸長した。γサブユニットを突然変異させ、リシン-109をシステインに置き換え、これをビオチンマレイミドを用いるビオチン化の部位とした。ビオチン化は、室温で1時間穏やかに振盪しながらインキュベーションすることにより、3倍モル過剰のEZLINK商標PEOマレイミド活性化ビオチンPierceEndogenの製品番号21901を用いて行った。結合しなかったビオチンをサイズ排除ゲル濾過により除去した。この部位で共有結合したビオチンはアビジンに対する効果的な結合部位として働き、その部位には代謝産物活性化タンパク質のような架橋成分を含む他のビオチン化部分を付着させることができる。このシステインの配置を、γサブユニットのαβドメイン上の又はεサブユニット上のATPアーゼ活性及び/又は回転を妨げない任意の露出場所へと変更することができる。この酵素の3サブユニットα3β3γのサブ複合体も、突然変異誘発により6個のサブユニットシステインをアラニンに置き換えた5サブユニットのF1-ATPアーゼと同じように、F1-ATPアーゼとして働くことができる。hisタグがあり、システイン修飾が行われていれば、いずれの生物学的供給源から精製された3サブユニット又は5サブユニットF1-ATPアーゼであってもその目的には十分であると考えられる。F1をカバースリップに付着させるのに用いられるhisタグがATPアーゼ活性を妨げなければ、そのhisタグは、代替的に又は付加的にαサブユニット及び/又はβサブユニット上に存在していてもよい。βサブユニット上に10×hisタグ、並びにビオチン化及びDNA付着を促進する場所にシステインを含有する、好熱性細菌PS3由来のF1ATPアーゼのα3β3γサブ複合体も同様の実験において首尾よく使用された。F1、例えばクラミドモナス又はホウレンソウ葉緑体由来のF1を用いても同様に作用する構築物を作製することができる。ビオチン化F1を500μlの洗浄済みのニッケル-ニトリロ三酢酸Ni-NTA親和性樹脂SigmaAldrichの製品番号P6611に添加し、室温で30分間穏やかに撹拌し、6×Hisでタグ付けされたF1とNi-NTA樹脂とを結合させた。F1が結合したNi-NTA樹脂をシリンジカラムに充填し、カラムを1mlの洗浄バッファーでフラッシングした。ニュートラアビジンMolecularProbesの製品番号A2666を、1mg/mlの濃度及び初期F1濃度に対しておよそ8倍~10倍のモル比で洗浄バッファーに溶解し、これをNi-NTA樹脂に通して、ニュートラアビジンとビオチン部分とを結合させた。ニュートラアビジン処理の後、Ni-NTA樹脂を5mlの洗浄バッファーでフラッシングし、結合していないニュートラアビジンを除去した後、ビオチン化及びアビジン化したF1を、1mlの溶出バッファーを用いてカラムから放出させるとともに回収した。この方法でのアビジンとF1との結合によって、大過剰のアビジンを使用することが可能となり、全てのF1にアビジンを結合させることができるようになる。アビジンを有しない状態のF1は検出の感度を低減させる。F1をカバースリップに結合させた後に、アビジンをF1に付加させる場合、F1の非存在下において架橋部のビオチン化タンパク質がカバースリップに直接結合する可能性がある。かかる結合タンパク質はナノロッドと結合するが、回転させることはできないため、感度を低減させ、バックグラウンドの増大とみなされると考えられる。F1のビオチン化及びゲル濾過工程の後のF1の回収は典型的には、出発量の5である。ビオチン化F1とNi-NTA樹脂との結合、アビジン化、及びNi-NTA樹脂からの溶出の後では、出発F1のおよそ75が回収された。ビオチン化及びアビジン化したF1のATPアーゼ活性は、初期活性のおよそ90であった。Ni-NTAカバースリップを調製するための手順Ni-NTAカバースリップをKastneretalによる手順に従って作製した。カバーガラス22×22mm、VWRを500°Cで2時間熱することで前処理したprecleaned。続いて、ガラスをシール溶液2v/vの3-グリシジルオキシプロピル-トリメトキシシランFlukaBuchsSwitzerland、0.01v/vの酢酸中で90°Cで3時間;コーティング溶液2w/vのN,N-ビスカルボキシメチル-L-リシンFlukaBuchsSwitzerland、2mMKHCO3pH10.0中で60°Cで16時間;及びNi2溶液10mMNiSO4、5mMグリシンpH8.0中で室温で少なくとも2時間インキュベートした。各々のコーティング工程後、ガラスを超純水で洗浄した。金ナノロッドを合成し、その金ナノロッドをアビジンでコーティングするプロトコル金ナノ粒子の形状及びサイズに影響を与える因子には、臭化セチルトリメチルアンモニウムCTABの濃度、Au種濃度、銀AgNO3の存在、NaOH、アスコルビン酸濃度、及びこれら全ての因子の適当な組合せが含まれる。他の形状に対する金ナノロッドの割合を増大させる技法が有用であるが、これは金ナノロッドが検出アッセイ、例えば本明細書に記載されるような検出アッセイでの使用において好まれるためである。金ナノロッドを合成する典型的な実験では、CTABでコーティングされた種の溶液を、25μlのAu溶液50mMを10ml体積のCTAB100mMに添加した後、55μlのNaBH430mM、氷冷を約2分間強くかき混ぜながら添加することにより調製した。この種溶液はすぐに使用することができるが、少なくとも1日は活性状態を保っている。金ナノロッドを成長させるために、100μlのAu溶液50mMを10mlのCTAB100mMに添加し、その後穏やかに振盪しながらAgNO310mM、50μl~125μlを添加した。それから、85μlのアスコルビン酸100mMを添加した後すぐに振盪すると、溶液は無色となった。最後に、24μlの調製した種溶液を穏やかに振盪しながら添加した。紫色と青色との混色が10分~20分以内に見られる。高温55°C~100°Cでの金ナノロッドの成長によって、より深い青色の溶液が得られた。この方法では、種濃度はナノロッドの割合を増大させるのに最も重要なパラメータである。金のアビジン化手順1.5mlの金ロッド調製物を用い、これを4000rpmで10分間遠心分離し、上清を除去し、ペレットを1mlの1mMCTAB中で再懸濁させる。この混合物を6000rpmで5分間遠心分離し、上清を除去し、再びペレットを0.5mlの1mMCTAB中で再懸濁させる。吸光度スペクトルを計測し、ロッドの吸光度ピークA650がおよそ2.0となるように、サンプルを1mMCTABで希釈する。ニュートラアビジンを最終濃度が40ug/mlとなるように添加し、混合物を軽く撹拌しながら室温で1時間インキュベートする。この手順でアビジン化したロッドは室温で又は4°Cで保存することができる。機能デバイスへの成分の集合Trisバッファー50mMTris、10mMKClpH8.0中のアビジン化F180g/ml5μlをNi-NTAカバースリップ上にスポッティングし、5分間インキュベートする。それから、カバースリップをTrisバッファーで30秒間洗浄する。次の工程は、4μlのビオチン化タンパク質架橋溶液をカバースリップに添加すること、及び5分間インキュベートすることを包含する。その後、この集合体をTrisバッファーで30秒間洗浄する。次いでこの集合体の架橋部のタンパク質に結合する小分子の存在下で、この集合体をアビジンでコーティングした金ロッド4μlとインキュベートする。その混合物を5分間インキュベートし、Trisバッファーで30秒間洗浄する。顕微鏡下で回転を観察するために、4μlのTrisバッファーを添加する。このバッファーは回転を誘導するするために1mMMg2-ATPも含有している。カバースリップに添加する成分の各々の体積はアッセイフォーマットに基づき所望に応じて変更することができる。この実施例には回転を誘導するために1mMMg2-ATPの添加を示しているが、僅か0.4mMのMg2-ATPを添加しても、回転を示していた。これらのより低いATP濃度では、回転速度が遅くなり、このため回転を記録するのに必要なフレームレートはそれほど速くなくてもよくなる。好熱性細菌PS3由来のF1の3サブユニットのサブ複合体を用ると、2pMと低いATP濃度でも回転を観察することができる。DIGが抗DIGでコーティングされたナノロッドに結合するように、ビオチン及びDIGを有するタンパク質架橋を用いてデバイスを集合させる代替的なプロトコルを以下に示す。この実験では、アビジンがF1と2点で付着することができるようにビオチン化についてγY215Cの更なる突然変異を含有していたという点で、上記のものとは異なるF1も使用する。この実験はフローセルを採用しているという点で上記のものとは異なる。結果として、ATPを添加する前、また回転を誘導するためにATPを添加した後の集合デバイスの動画を作製することができる。サブユニット組成がα3β3γδεであり、突然変異γK109C、γL215Cを含む45μlの0.5nMF1を、架橋を形成するためのタンパク質8μlと混合した。この混合物を室温で30分間インキュベートする。それから、同量のBSA20mg/mlをサンプルに添加した。顕微鏡フローセルを、両面セロハンテープを用いてNi-NTAカバースリップをスライドガラスに貼り付けることで準備する。それぞれのフローセルを25μlのサンプルで充填し、室温で5分間インキュベートする。フローセルを、10mg/mlBSAを含有する300μlの洗浄バッファー50mMTris、10mMKClpH8で洗浄する。抗DIGでコーティングされた金ナノロッド25μlを添加し、室温で5分間インキュベートして、その後200μlの洗浄バッファーで5回洗浄を行う。100μlの回転バッファー50mMTris、10mMKClpH8、0.2mMATP、0.2mMMgCl2、29.1mg/mlホスホエノールピルベートPEP、1.25mg/mlピルビン酸キナーゼPK、1.25mg/ml酪酸デヒドロゲナーゼLDH、4mg/ml還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチドNADHをフローセルに添加した後、フローセルを顕微鏡下に置いた。PEP、PK、LDH及びNADHを用いて、ADP及びホスフェートからATPを再生し、それにより測定を通してATP濃度を一定に保った。動画は、ビームスプリッタを用いて又は用いずに1秒に500フレームで撮影することができる。ビームスプリッタによって、動画の各々のフレームにおけるナノロッドからの赤色及び緑色の両方の散乱光の強度の振動の測定が可能になる。ビームスプリッタの非存在下では、赤色フィルタを用いて、赤色のみの振動を測定する。振動の分析を以下に示す。ナノロッドが回転しているかどうかを決定するためのナノロッドから散乱した光の強度の振動の分析一工程検出手順スライドを完全に集合させたナノ検出デバイス及び溶液中に存在するATPを用いて準備する。ブラウン運動と実際の回転とを区別することができるように、変動の2つの原因sourceを分離することができるほど速い速度でデータを収集するのが好ましい。好ましい実施形態では、これはこの変動を測定するために単一光子カウンタを用いることで達成され、それによりリアルタイムでの回転の可視化が可能になる。多重工程手順回転を検出することができる別の方法はフローセル及びハイスピードビデオカメラを使用するものである。これには、少なくとも2つの動画を撮影することが必要であるが、3つの動画を撮影することが好ましい。最低でも、ATPの存在下及び非存在下の両方でロッドの動画を作製する。偏光レンズを回転させながらロッドの動画を撮ることが有用である。これによって、強度の振動の深度を決定し、そのロッドが回転しているかどうかを予測する。この制御はF1依存性の回転を検出する際の信頼度を増大させ、追加の測定を行わずにこの回転を確認することができる。ソフトウェア:同じ目的を達成するために開発された2つの異なるソフトウェアプラットフォームはF1の有無によるロッドの回転である。回収されたデータは常に、時間の関数としての強度である。第1の方法はハイスピードカメラによるデータの傾向を分析することを包含する。ソフトウェアによってデータ、好ましくは3つの実験によるデータを読み取る:ATPを用いない実験、偏光子を回転させ、ATPを用いない実験、及びATPを用いる実験。回転中に予測されるダイナミックレンジを偏光子対照から計算し、それを用いて、検査する分子が実際に金ロッドであることを確認することができる。それからダイナミックレンジを、ATPを用いた測定値及びATPを用いない測定値による標準偏差と比較する。ATPを用いた動画がATPを用いない動画と異なり、計算された全ダイナミックレンジにわたり変動する場合、その分子は回転している。このソフトウェアプログラムは、所与の視野における全てのロッドでこれを行うことができる。このソフトウェアは回転を決定する好ましい方法であるが、ソフトウェアを用いずにbyhand情報を収集し、それを解釈して、最終的な決定を下すことが可能である。いずれの方法でも判断基準は同じである。このソフトウェアは当業者によって標準的な技法を用いて実施することができる。このソフトウェアは、その視野で見られる全てのロッドについて回転が起こっているか否かという疑問に答える特別なものである。光子計測システム用に開発されたこのソフトウェアによって、期間、頻度、遷移速度、デューティサイクル、オーバーシュート、アンダーシュート、滞留時間、フーリエ変換、及びパワースペクトルを含む、シグナル処理に共通する多くの統計的尺度が計算される。要求される統計値はパワースペクトルのみであるが、フーリエ変換を計算し、パワースペクトルを得るのが一般的である。パワースペクトルから、ブラウン運動とは異なる回転が発生するかどうかを決定することができる。運動の更なる分析から他の統計値を得ることが有用であるが、それらはF1依存性の回転が発生するかどうかを決定するのには必要ではない。このソフトウェアは当業者によって標準的な技法を用いて実施することができる。実施例3本発明の幾つかの実施形態では、ナノ検出デバイスを用いて、タンパク質標的を検出する。一例では、大腸菌O157:H7株から産生されたStx2志賀毒素をタンパク質標的として使用する。志賀毒素産生大腸菌STEC株は、A,B5のサブユニット組成を有するStx1志賀毒素及びStx2志賀毒素として知られる細胞毒素を産生する。Stx2毒素を検出するために、抗Stx2Aモノクローナル抗体及び抗Stx2Bモノクローナル抗体を、ナノデバイスにおいてそれぞれ検出抗体及び捕捉抗体として使用する。タンパク質の検出のために、ビオチン化プロテインGを、スライド上のF1モーターに付着させたアビジンに結合させる。プロテインGが抗Stx2B捕捉抗体に結合するとともに、その抗体をスライドの表面上に固定化する。金ナノロッドを検出抗体、すなわち抗Stx2Aが結合する非ビオチン化プロテインGでコーティングする。検出抗体及び捕捉抗体は標的タンパク質Stx2毒素の異なるドメインに特異的である。このナノデバイスは、30個の連続視野で観察されるナノロッドの数を決定することで、大腸菌の非毒素産生株MG1655図3B及び図3Dに対してascomparedto、大腸菌のStx2産生株EDL933図3A及び図3Cを含有する細胞上清中でStx2毒素を検出することができる。図3C及び図3Dは対照である。図3Cでは捕捉抗体が取り除かれており、図3DではStx2毒素が取り除かれていた。このナノデバイスは、図4に示されるように30個の連続視野で観察されたナノロッドの数によって測定される、毒素産生株EDL933又は非毒素産生株MG1655を含有する唾液サンプル中のStx2毒素タンパク質を精製毒素と比較して検出することができる。図5は、1ml当たりの毒素産生株の細胞形成単位すなわち細菌細胞の数として提示される、粗細胞上清中でのStx2タンパク質毒素の検出に対する検出限界を示す。10個の連続視野での回転するナノロッドの数赤色のバー又は30個の連続視野での回転するナノロッドの数緑色のバーに対して、10個の連続視野でのナノデバイス集合青色のバーによって検出を測定した。108cfu/mlの検出限界が、10個の連続視野で非特異的に結合したナノロッドに対する集合したナノデバイスの数を計測することにより得られた。この検出限界は、同数の視野で回転するナノロッドの数を計測することによって1000倍に改善し、30個の連続視野で回転を測定することによって103cfu/mlの限界まで100000倍に改善した。精製Stx2標的タンパク質を用いるシステムの回転に基づく検出限界を図6に示す。このデータはサンプル中に存在する標的分子数図6A又はサンプル中の標的濃度図6Bの関数として表される。2μlのサンプル体積を用い、僅か10個の視野を計測することで、1000個と少ない標的分子を10fg×ml-1溶液中で検出することができる。実施例4本発明の幾つかの実施形態では、ナノ検出デバイスを用いて、サンプル中で2つ以上の標的を検出する。幾つかの実施形態では、複数の標的、例えばタンパク質標的及びDNA標的を単一サンプルで検出することができる。異なる標的分子に対応させるために、異なる色例えば緑色、赤色又は黄色のナノロッドを用いることによって、これを行うことができる。図7は視野のデジタル写真において赤色、緑色、青色及び黄色のナノロッドを同定し、その数を定量するために利用されるアルゴリズムに用いられる基準の概要を示す。これらは、所与の色のナノロッドで予測される値を用いて、所与の範囲にある共通の色範囲内で隣接ピクセルの真円度及び直径を定量するのに良好な指標として、赤色、緑色及び青色の値の所与の範囲内にある隣接ピクセルの数を含む。十分に円形であり、それらの直径に対応する共通の範囲の赤色、緑色、青色RGB値を有する連続ピクセル群のみが特定の色のナノロッドであるとみなされ、このようにしてナノスケールの細粉からの光は除外される。図8は単一ウェルにおけるStx2毒素タンパク質赤色のナノロッド及びstx2遺伝子DNA配列緑色のナノロッドの多重化検出のためのナノデバイスの構成要素を示す。各々のウェルでのスライド表面は2つの方法の内の1つで修飾されたF1を含有していた。F1分子の一方のフィールドはDNA検出のために露出したアビジンを含有しており、F1の第2の多層フィールドはStx2タンパク質に対する露出した捕捉抗体抗stx2B抗体を含有していた。大腸菌O157:H7からの上清のサンプルをウェル内でインキュベートし、その後ナノロッドを含有する溶液を添加した。赤色のナノロッドをプロテインG及び抗stx2A抗体で官能基化し、緑色のナノロッドをプロテインG及び抗FITCモノクローナル検出抗体で官能基化した。stx2遺伝子標的が存在していた場合、その標的をナノデバイス集合のために3’ビオチン化、5’FITC標識DNAに変換した。図9は3回の反復試験replicationsの平均としてStx2毒素及びstx1遺伝子に対するタンパク質及びDNAの同時多重検出の結果を示す。このデータは、特定のタンパク質標的及びDNA標的を検出することができ、同じウェルで同時にプローブした場合、互いに区別することができることを示している。実施例5本発明の幾つかの実施形態では、ナノ検出デバイスを、アクチュエータとして転写活性化タンパク質を含む代謝産物の検出に使用する。一実施形態は、環状アデノシン一リン酸cAMPの単一分子を検出することができるデバイスである。cAMPは、その合成がアデニリルシクラーゼ刺激性Gタンパク質共役型受容体及びアデニリルシクラーゼ阻害性Gタンパク質共役型受容体の活性化及び阻害を介して広範なシグナル伝達分子によって調節されることから二次メッセンジャーとして知られている。cAMPに結合し、活性型立体配座を形成する細菌タンパク質であるカタボライト活性化タンパク質CAPをナノデバイスに使用する。cAMPに結合したCAPは、lacオペロンの正の調節に関与するDNAに結合する。この細菌性のカタボライト活性化タンパク質CAP、好ましくは大腸菌のCAPは、アビジンの結合を介したF1-ATPアーゼモーターとの集合を可能にする場所に切断型hisタグ精製目的で及びシステインビオチンマレイミドによるビオチン化のためにを含有するように修飾される。システインを、例えばこれらに限定されないが、大腸菌CAPのN末端又は残基-109に付加させることができる。CAPの活性型立体配座との結合を可能にする配列を含有するDNA分子を、アビジンでコーティングした金ナノロッドとの付着のためにビオチン化する。ナノデバイスは、図10に示されるようにF1分子モーターと、変異CAPと、DNA受容体配列で官能基化された金ナノロッドとを含む。ナノデバイスの集合を活性化した標的cAMPの検出は、ナノロッドから散乱した光の暗視野顕微鏡検査によって達成される。cAMPとCAPとの結合により、立体配座変化を誘導することができ、それによってDNA受容体配列に対して高親和性の結合部位が生じる。顕微鏡スライドは、ビオチン化CAPがビオチン-アビジン連結を介して固定化される結合型のビオチン化F1のアレイを含有するように調製する。標的cAMP分子と、スライド上のF1分子モーターの回転アーム上に固定化されたCAPとの高親和性の結合図10Aがタンパク質を活性化し、それによってその受容体DNA配列に対して高親和性の結合部位が生じる図10B。次いでナノデバイスの集合を、活性型のCAP-cAMP複合体に特異的に結合する配列を有するDNA分子のコーティングで官能基化された金ナノロッドを添加することによって完了させる図10C。ナノデバイスの集合を活性化した標的cAMPの検出は、本明細書に記載のようなナノロッドから散乱した光の暗視野顕微鏡検査によって達成される。実施例6本発明の幾つかの実施形態では、転写抑制タンパク質を用いて、代謝産物の検出が達成される。一実施形態では、NADHの単一分子を検出するナノスケール検出デバイスを、NADH抑制タンパク質NRPを用いて作製する。還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチドNADHは、細胞エネルギー通貨の主要な形態である。ミトコンドリアは酸化的リン酸化中にNADHを酸化し、ATPを作り出す。細胞NADHのレベルは細胞のエネルギー貯蔵量についての見解を与えることができる。NRPは十分に特性化された転写抑制タンパク質である。NRPは、ニッケルビーズを用いて精製することができる形態を提供するためにNRPを含有するプラスミドから切断型のhisタグを用いて発現される。NRP配列は、NRP機能を妨げないが、ビオチンマレイミドを介してビオチン化することができるシステインを含むように変異させてもよい。NPRはアビジンを介してF1分子モーターの回転アーム上に固定化される。アビジンで官能基化されたナノロッドをNRP結合部位に特異的なビオチン化DNA配列でコーティングする。精製中に、NADHが結合したNRPが精製されることから、このジヌクレオチドを酸性硫酸アンモニウム沈殿によって除去する。次いでNADの存在下での硫酸アンモニウムの除去によって、NRPを結合型NADと二量化させる。NADHを検出するために、結合型NADを含有するビオチン化NRPを顕微鏡スライド上に固定化されているアビジン化F1-ATPアーゼに付加させ図12A及び図12B、集合をNRPに特異的なDNAで官能基化された金ナノロッドを添加することで完了させる図12C。標的の結合によってDNAの解離を誘導する立体配座変化が引き起こされるため、NADHの検出は顕微鏡スライドに結合したナノロッドの数の減少によって行われる。NAD又はNADHのいずれかが常にNRPに結合しているため、この検出システムでは、この2つの比率を決定することが可能である。NRPをNAD検出システムに使用することもできる。これらの条件下では、DNAで官能基化されたナノロッドが結合しないように、NADHを用いてスライドを予め準備しておく。いかなる理論にも束縛されるものではないが、NRPは転写活性化タンパク質の様に働き、NADを添加した際にDNAでコーティングしたナノロッドとの集合を可能にすることが予測される。実施例7本発明の幾つかの実施形態は、転写調節タンパク質を含有する代謝産物の検出のための規則的なナノデバイスアレイを提供する。抑制タンパク質依存性のナノデバイスの幾つかの実施形態では、NADHは図13に示されるようにナノデバイスの脱集合によって検出される。そのため、放出されるナノロッドの数は、格子の連続性を絶つ光のスポットの消失としてより容易に特定される。他の実施形態では、規則的なアレイを、cAMP検出に活性化因子依存性のナノデバイスシステムを用いる検出に使用することができる。規則的なアレイは顕微鏡スライドの表面上に露出したNi-NTA島それらは各々、単一のF1分子に結合することが可能であるのアレイによって作製される。作製プロセスは、例えば図14に示される電子ビームリソグラフィーであり得る。初めに、Ni-NTAでコーティングした清浄な顕微鏡スライドを100mMEDTAでフラッシングし、ニッケルを除去するとともに、十分に洗浄する。シアノ-NTAはガラス表面上に組み込まれたままである。次いで表面をポリ-メチルメタクリレートPMMAレジストの単層約40nmでスピンコーティングする。その後、PMMSレジスト層を予め設計したパターンを用いてEビームに曝す。続くO2プラズマ処理の後、硫酸ニッケルを添加し、それをEビームによって露出したNTA島に結合させる。O2プラズマ処理工程によって、表面を清浄にし、ニッケルの強い付着を促進させる。最後に、表面をアセトンで洗浄し、PMMAを取り除く。このようにして、スライドの表面にhisでタグ付けされたF1が結合するニッケル島の規則的なアレイを含有させる。ニッケル島間の間隔は、1つの金ナノロッドが隣接した島上で2つのF1分子の間に架橋するのを防ぐのに十分に、例えば約300nm離れている。またこの間隔は任意の1つのナノロッドの回転が隣接する島上でのナノロッドの回転に影響を受けないように十分な距離を与えるものとする。規則的なアレイは、好ましくはNi-NTAの島ごとに1つのF1分子を有するのが好ましい。ニッケル島は少なくとも1つのF1分子が結合するベースを与えるのに十分な直径を有し得る。"