Hvordan vejer man et enkelt molekyle?

Forskere i Utrecht har haft held med at måle massen af ​​individuelle molekyler. Ved at modificere et eksisterende massespektrometer og udvikle speciel software, det lykkedes forskerne at lave ultrafølsomme målinger. Dette gør dem i stand til at måle hver partikel separat i en blanding af molekyler for første gang. Dette har vidtrækkende anvendelser i, for eksempel, genterapi produkter, hvor en præcis målemetode er afgørende. Forskerne offentliggør deres resultater den 9. marts i Naturens metoder .

Med massespektrometri, forskere bestemmer massen af ​​molekyler. Men indtil nu, dette var ikke muligt på en direkte måde. Forskere brugte et massespektrometer til at udlede ladningen af ​​ionerne i et molekyleensemble og beregnede derefter massen tilbage. Dette fungerer ganske godt, når molekylerne og deres ladninger kan identificeres, men i et blandet proteinkompleks med en høj masse er det en næsten umulig opgave.

Forskergruppen ledet af Albert Heck lavede justeringer af deres massespektrometer i laboratoriet og udviklede speciel software, der gjorde det muligt for dem at foretage enkeltmolekylemålinger. Massespektrometeret er et stort instrument – ​​på størrelse med en kopimaskine – i midten af ​​hvilket er en slags kapsel på størrelse med en tommelfinger:Orbitrapen. Ionerne, der passerer gennem det, cirkel omkring en elektrode, producerer et elektrisk strømsignal. "Nu kan vi se på hver ion i massespektrometeret for sig. Det betyder, at vi ikke længere skal se på ion-ensembler, men mål ladningen direkte for hver ion, " siger førsteforfatter Tobias Wörner. "Det gør det muligt at bestemme massen af ​​ting, der har en tvetydig massefordeling."

Genprodukt

Genterapi er en konkret anvendelse, hvor denne nye metode kan gøre en verden til forskel. Genterapi anvendes mest til børn med en sjælden genfejl. Læger introducerer en harmløs virus fyldt med en sund version af genet. Sidste år, for eksempel, denne form for terapi kom på markedet for muskelsygdommen SMA under navnet Zolgensma. Omkostningerne var $2,12 millioner, lave den dyreste medicin i verden.

"Udfordringen er at tilføje genet korrekt til virussen. Metoder, der kan måle dette, er afgørende. Hvis genet er for langt, det vil ikke blive optaget ordentligt af virussen eller vil blive skåret i stykker. Hvis den er for kort, der er en chance for, at virussen optager to stykker. Det er også muligt, at viruspartiklerne slet ikke har et gen indbygget. Kvaliteten af ​​et sådant genprodukt kunne ikke måles før nu, " siger Albert Heck fra Utrecht University.

Det vil ændre sig med denne nye metode. "Nu, vi kan måle om og hvilke stykker virussen har absorberet. Vi bliver allerede kontaktet af flere internationale medicinalvirksomheder, hvem vil have os til at gøre dette for dem, fordi genterapi er midt i en renæssance."

Åbn software

Den nye masseanalyse kan bruges til en række store komplekser, samt:antistoffer, ribosomer, proteinpropper og tomme eller genompakkede vira. "Dette er virkelig et kæmpe gennembrud, " Heck siger. "Dette åbner op for så mange muligheder. Jeg tror ikke, vi kommer til at indse, hvor stort dette gennembrud har været, før langt senere."

Producenten Thermo Fisher Scientific har meddelt, at den nye applikation ikke vil blive lanceret på markedet foreløbig. Men Hecklab-softwaren bliver tilgængelig. "Vi vil gøre den udviklede software frit tilgængelig, siger Joost Snijder, adjunkt involveret i forskningen. "Så ethvert laboratorium med en Orbitrap kan prøve det selv."