Портативный масс-спектрометр для пептидов становится реальностью с нанопорами

Исследователи из Университета Гронингена создали нанопоры, которые можно использовать для прямого количественного определения массы пептидов. Хотя разрешение должно быть улучшено, это доказательство концепции показывает, что недорогой и портативный пептидный масс-спектрометр может быть построен с использованием современной технологии нанопор и запатентованных пор, которые были созданы в лаборатории Джованни Маглиа, UG доцента химической биологии , Статья, подробно описывающая это открытие, может быть найдена в 19 февраля -ом выпуске Nature Communications .

Джованни Маглия. (Фото любезно предоставлено: Университет Гронингена)

Масс-спектрометры полезны для исследования белков, но они не только громоздки, но и дороги, что ограничивает их использование в специализированных лабораториях. «Тем не менее, следующая революция в биомедицинских исследованиях будет в протеомике, широкомасштабном анализе белков, которые экспрессируются в различных типах клеток», говорит Маглия. Хотя каждая клетка в организме содержит одну и ту же ДНК, выработка белков сильно различается в зависимости от типа клеток. «Кроме того, белки модифицируются после их производства, например, путем добавления сахаров, которые могут повлиять на их функцию».

Технология нанопор может предоставить средства для исследования отдельных молекул. В более ранней работе Maglia уже продемонстрировала, что биологические нанопоры могут использоваться для количественного определения метаболитов и для идентификации пептидов и белков. Эти поры представляют собой крупные белковые структуры, интегрированные в мембрану. Молекулы, попадающие в пору или проходящие через нее, могут вызвать изменение электрического тока через пору. «Проблема измерения массы пептидов заключается в том, что они слишком быстро проходят даже через самую маленькую биологическую пору, чтобы получить показания», – объясняет Маглия.

Самые маленькие поры из когда-либо

Создание мелких пор было непростым делом. «Поры состоят из ряда мономеров, поэтому мы первоначально изменили взаимодействие между этими мономерами, но это не сработало». Наблюдение, что смешивание мономеров с большим количеством липидов – которые составляют Мембрана – привела к увеличению процента меньших пор, дала Маглии и его команде ключ к изменению взаимодействия между липидами и мономерами. Это, без сомнения, привело к образованию пор, состоящих из меньшего числа мономеров, что уменьшило размер пор.

Затем Маглия смогла создать поры в форме воронки, которые на своем узком конце имели размеры 0,84 нм. «Это самые маленькие биологические поры из когда-либо созданных». Последующей задачей было гарантировать, что пептиды будут проходить через поры, независимо от их химического состава. «Поры имеют отрицательный заряд, который необходим для их правильного функционирования», объясняет Маглия.

Заряд заставляет воду проходить через поры, вытягивая пептиды. Но отрицательно заряженные пептиды будут сдерживаться отрицательным зарядом на тонком конце воронки. Маглия изменила заряд, изменив кислотность используемых жидкостей.

В конце концов нам удалось найти правильные условия, установив кислотность на уровне рН, равном точно 3,8. Это позволяет отрицательно заряженным пептидам проходить через них, в то же время поддерживая достаточно большой поток воды через поры.

Джованни Маглия, UG доцент кафедры химической биологии, Университет Гронингена.

Разрешение

Измерения, охватывающие нанопоры различных размеров, показывают, что электрический ток является линейным с объемом проходящего через него пептида. Эти пептиды имеют длину от 4 до 22 аминокислот. Дисперсия между аминокислотами аланином и глутаматом может быть рассчитана в этой системе, что означает, что разрешение составляет около 40 Дальтон (показатель массы белка). «Разрешение обычных масс-спектрометров намного лучше, но если бы мы могли сделать систему примерно в сорок раз более чувствительной, это уже было бы полезно в исследованиях протеомики», говорит Маглия. Есть несколько способов улучшить разрешение, говорит Маглия. «Мы могли бы сконструировать нанопоры с помощью искусственных аминокислот или использовать различные ионы в наших растворах, чтобы уменьшить шум путем изменения температуры и т. Д.»

Система нанопор имеет многочисленные эксклюзивные преимущества: технология уже доступна на рынке, она измеряет отдельные молекулы и является сравнительно дешевой. Кроме того, система нанопор является портативной. Кроме того, используя различные поры в устройстве, пользователи могут одновременно измерять пептиды разных размеров и даже вариации пептидов.

Все это означает, что универсальный и дешевый масс-спектрометр для анализа пептидов возможен. А это будет означать, что большее количество лабораторий сможет позволить себе проводить очень важные исследования протеомики.

Джованни Маглия, UG доцент кафедры химической биологии, Университет Гронингена.

Source link