Nanoporer gør det bærbare massespektrometer til peptider til virkelighed

University of Groningen forskere har udviklet nanoporer til direkte at måle massen af ​​peptider. Selvom opløsningen trænger til forbedring, dette principbevis viser, at et billigt og bærbart peptidmassespektrometer kan konstrueres ved hjælp af eksisterende nanopore -teknologi og de patenterede porer, der blev udviklet i laboratoriet ved University of Groningen lektor i kemisk biologi, Giovanni Maglia. En artikel om denne opdagelse blev offentliggjort i Naturkommunikation den 19. februar.

Massespektrometre er uvurderlige til undersøgelse af proteiner, men de er både omfangsrige og dyre, hvilket begrænser deres anvendelse til specialiserede laboratorier. "Endnu, den næste revolution inden for biomedicinske undersøgelser vil være inden for proteomik, den store analyse af proteiner, der udtrykkes i forskellige celletyper, "siger Maglia. For selvom hver celle i din krop bærer det samme DNA, produktionen af ​​proteiner er meget forskellig mellem celletyper. "Og også, proteiner modificeres, efter at de er blevet produceret, for eksempel ved at tilføje sukker, der kan påvirke deres funktion. "

Masse

Nanopore -teknologi kan tilbyde en måde at analysere enkeltmolekyler på. I tidligere arbejde, Maglia viste allerede, at biologiske nanoporer kan bruges til at måle metabolitter og til at identificere proteiner og peptider. Disse porer er store proteinstrukturer, inkorporeret i en membran. Molekyler, der kommer ind i en pore eller passerer igennem den, forårsager en ændring i en elektrisk strøm over poren. "Et problem ved måling af massen af ​​peptider er, at de passerer for hurtigt gennem selv den mindste biologiske pore for at få en aflæsning, ”forklarer Maglia.

At lave mindre porer var en udfordring. "Porerne består af en række monomerer, så vi ændrede oprindeligt interaktionen mellem disse monomerer, men det virkede ikke. "Observationen om, at blanding af monomerer med større mængder lipider - som udgør membranen - resulterede i en større procentdel af mindre porer, gav Maglia og hans team ideen om at ændre interaktionen mellem monomerer og lipider. Dette faktisk resulteret i porer, der består af et mindre antal monomerer, hvilket reducerede porestørrelsen.

Mindste porer nogensinde

Maglia var derefter i stand til at producere tragtformede porer, som, i deres snævre ende, kun målt 0,84 nanometer. "Det er de mindste biologiske porer, der nogensinde er produceret." Den næste udfordring var at sikre, at peptider ville passere gennem porerne, uanset deres kemiske sammensætning. "Porerne har en negativ ladning, som er nødvendig for deres korrekte funktion, ”forklarer Maglia.

Ladningen får vand til at strømme gennem poren, trække peptiderne med. Men negativt ladede peptider ville blive frastødt af den negative ladning i den tynde tragtende. Maglia modificerede ladningen ved at ændre surhedsgraden af ​​de anvendte væsker. "Til sidst, det lykkedes os at finde de rigtige betingelser ved at indstille surhedsgraden til en pH -værdi på nøjagtigt 3,8. Dette tillader negativt ladede peptider at passere, samtidig med at der opretholdes en tilstrækkelig stor vandstrøm gennem porerne. "

Løsning

Målinger på tværs af nanoporer i forskellige størrelser viser, at den elektriske strøm er lineær med mængden af ​​peptidet, der passerer igennem. Disse peptider var i længden fra 4 til 22 aminosyrer. Forskellen mellem aminosyrerne alanin og glutamat kunne måles i dette system, hvilket betød, at opløsningen er omkring 40 Dalton (et mål for proteinmasse). "Opløsningen af ​​konventionelle massespektrometre er meget bedre, men hvis vi kunne få systemet omkring fyrre gange mere følsomt, det ville allerede være nyttigt i proteomikforskning, "siger Maglia. Der er en række måder at forbedre opløsningen på, siger Maglia. "Vi kunne konstruere nanoporen med kunstige aminosyrer, eller brug forskellige ioner i vores løsninger, reducere støj ved at ændre temperaturen osv. "

Nanoporesystemet har flere unikke salgsargumenter:det måler enkeltmolekyler, selve teknologien er allerede kommercielt tilgængelig, og den er relativt billig. Desuden, nanopore -systemet er bærbart. Og, ved at bruge mange forskellige porer i en enhed, du kan samtidig måle forskellig størrelse peptider og endda peptidmodifikationer. "Alt dette betyder, at et alsidigt og billigt massespektrometer til peptidanalyse er muligt, "siger Maglia." Og det ville betyde, at flere laboratorier ville have råd til at foretage meget vigtige proteomikundersøgelser. "