На рисунке на заднем плане показан код человеческого белка и аминокислот. Новая технология FRET X способна идентифицировать белки по белковым отпечаткам пальцев. Лаборатория Чирлмин Джу получает эти уникальные отпечатки пальцев, находя часть полноразмерного аминокислотного кода (выделенные буквы C и K среди синих букв). Кредит: ТУ Делфт
В исследовании, опубликованном в Природные нанотехнологииУченые из Делфтского технологического университета представили новую методику идентификации белков.
Белки выполняют важные функции в наших клетках, играя при этом решающую роль в таких заболеваниях, как рак и COVID-19 инфекционное заболевание. Исследователи идентифицируют белки, считывая отпечатки пальцев и сравнивая их с образцами из базы данных.
Используя эту новую технологию, исследователи могут идентифицировать отдельные неповрежденные полноразмерные белки, сохраняя всю информацию о них. Это может пролить свет на механизмы, лежащие в основе многих различных заболеваний, и позволит более раннюю диагностику.
Незавершенный проект ИКЕА
«Изучение белков внутри клеток было горячей темой на протяжении десятилетий и привело к огромным достижениям, позволив исследователям получить гораздо лучшее представление о том, какие белки существуют и какие функции они выполняют», — говорит Майк Филиус, первый автор статьи.
В настоящее время для идентификации белков ученые используют метод, называемый масс-спектрометрией. Наиболее распространенным подходом масс-спектрометрии является подход «снизу вверх», при котором полноразмерные белки разрезаются на более мелкие фрагменты, называемые пептидами, которые затем измеряются с помощью масс-спектрометра.
На основе данных этих небольших фрагментов компьютер реконструирует белок.
Филиус: «Это немного похоже на ваш типичный проект в ИКЕА, где у вас всегда остаются какие-то запасные части, в которые вы не совсем уверены, как вписаться. Но в случае с белками эти запасные части могут на самом деле содержать очень ценные информацию, например, о том, имеет ли такой белок вредную структуру, вызывающую заболевание».
Белковый отпечаток пальца
«Чтобы идентифицировать белок, не обязательно знать все аминокислоты; строительные блоки любого белка. Вместо этого вы пытаетесь получить достаточную информацию, чтобы можно было идентифицировать белок, используя базу данных в качестве эталона, подобно тому, как полиция может установить личность подозреваемого по отпечатку пальца», — объясняет Филиус.
«В более ранней работе мы показали, что каждый белок имеет уникальный отпечаток пальца, как и человеческий аналог. Мы поняли, что нам нужно знать расположение лишь нескольких из всех аминокислот белка, чтобы создать уникальный отпечаток пальца, по которому мы сможем идентифицировать белок», — добавляет Раман ван Ви, кандидат наук, принимавший участие в исследовании. .
Находим белки в стоге сена
«Мы можем обнаружить эти аминокислоты с помощью молекул, которые светятся под микроскопом и прикрепляются к маленьким кусочкам ДНК которые очень специфически связываются с определенной амино кислота», — объясняет Ван Ви.
Таким образом, команда может очень быстро и с большой точностью определить местоположение аминокислоты.
«Поскольку чувствительность этого нового метода, называемого FRET X, выше, чем у традиционных методов, таких как масс-спектрометрия, мы можем обнаруживать гораздо более низкие концентрации белков в смеси многих других биомолекул и требовать лишь небольшого количества образца», — Филиус говорит.
Это важно, потому что это делает измерение образцов пациентов в случае заболевания доступным.
«В нашей статье мы показываем, что можем обнаруживать небольшие количества белков, характерных для болезни Паркинсона или инфекции COVID-19», — продолжает Филиус. «Хотя изучаются и другие подходы к идентификации белков, наш фокусируется на идентификации интактных и отдельных белков в сложной смеси. Мы можем поискать иголку в стоге сена», — добавляет Ван Ви.
На пути к диагностике заболеваний на ранних стадиях
Несмотря на многообещающие результаты, исследование все же требует существенного развития, над которым лаборатория Чирлмин Джу с нетерпением ждет работы. Исследовательская группа поговорила с несколькими заинтересованными сторонами в клинических лабораториях и биофармацевтической промышленности и узнала, что они действительно воодушевлены новаторским потенциалом, которым обладает эта технология.
Они также работают над запуском стартапа по превращению FRET X в платформу для высокочувствительного обнаружения белков. Эта платформа может диагностировать заболевания на самых ранних стадиях, повышая эффективность потенциального лечения.
«Этот революционный метод взламывает код белков и открывает захватывающие возможности для более раннего выявления заболеваний», — говорит Чирлмин Джу, руководитель проекта. Это стало возможным благодаря замечательному духу сотрудничества. «Мы хотим поблагодарить всех сотрудников нашей лаборатории, которые принимали участие, а также наших внешних сотрудников, включая лаборатории Мартина Пабста с факультета биотехнологии, Дика де Риддера (Вагенингенский университет) и Герта-Яна Бунса (Утрехтский университет), — заключает Филиус.
Ссылка: «Полноразмерная дактилоскопия одномолекулярных белков» Майка Филиуса, Рамана ван Ви, Карлоса де Ланнуа, Ильи Вестерлакена, Зеши Ли, Сон Хён Кима, Сесилии де Агрелы Пинто, Юнфея Ву, Герт-Яна Бунса, Мартина Пабста, Дик де Риддер и Чирлмин Джу, 13 февраля 2024 г., Природные нанотехнологии.
DOI: 10.1038/s41565-023-01598-7