Сделан важный шаг к секвенированию белков, которое, по мнению исследователей, может давать более широкое представление о работе клетки, чем секвенирование ДНК, — пишет eurekalert.org. Хотя секвенирование ДНК является полезным инструментом для определения того, что происходит в клетке или теле человека, оно рассказывает только часть истории. Секвенирование белка может вскоре дать исследователям более широкое представление о работе клетки. Новое исследование показывает, что нанопоры можно использовать для идентификации всех 20 аминокислот в белках, что является важным шагом к секвенированию белков.
Изолейцин
© Liliya Kapura
«ДНК кодирует многие вещи, которые могут произойти; она говорит нам о том, что потенциально возможно. Фактически работу в клетке выполняют белки, о которых вы не можете сказать только по ДНК, — говорит профессор физики из Иллинойса Алексей Аксиментьев — один из руководителей исследования. — В процессе изготовления белка из ДНК происходит множество модификаций. Белки сращиваются, химически модифицируются, сворачиваются и т.д.».
Молекула ДНК сама по себе является шаблоном, предназначенным для репликации, поэтому создать копии для секвенирования относительно просто. Для белков нет такого естественного механизма, с помощью которого можно делать копии или читать их. В дополнение к этим трудностям, белки состоят из 20 аминокислот, по сравнению с четырьмя основаниями в ДНК, и каждая аминокислота может иметь многочисленные мелкие модификации, появляющиеся во время производства и сворачивания белка.
«Многие аминокислоты очень похожи, — сказал Аксиментьев. — Например, если вы посмотрите на лейцин и изолейцин, — они имеют одинаковые атомы, одинаковую молекулярную массу, и единственное отличие состоит в том, что атомы связаны в несколько ином порядке».
Нанопоры — небольшие белковые каналы, встроенные в мембрану, являются популярным инструментом для секвенирования ДНК. Ранее ученые считали, что различия в аминокислотах слишком малы, чтобы их можно было регистрировать с помощью нанопорового секвенирования. Новое исследование показывает обратное.
Исследователи использовали мембранный канал, сделанный бактериями естественным образом, названный аэролизином, в качестве нанопоры. Как в компьютерном моделировании, так и в экспериментальной работе они нарезали белки и использовали химический носитель для доставки аминокислот в нанопоры. Молекула-носитель также удерживала аминокислоты внутри поры достаточно долго, чтобы регистрировать ощутимую разницу в электрической сигнатуре каждой аминокислоты — даже лейцина и изолейцина, похожих как близнецы.
Компьютерная модель перемещения части белка через аэролизин
© Aleksei Aksimentiev, University of Illinois at Urbana-Champaign
«Эта работа вселяет уверенность и убеждает ученых в том, что секвенирование белка действительно возможно», — сказал Абдельгани Ухалед — профессор биофизики в Сержи-Понтуаз, команда которого выполнила большую часть экспериментальной работы.
Исследователи обнаружили, что они могут дополнительно дифференцировать модифицированные формы аминокислот, используя более чувствительный измерительный прибор или обрабатывая белок химикатом для улучшения дифференцировки. По словам Аксиментьева, измерения являются достаточно точными, чтобы потенциально идентифицировать сотни модификаций, и еще больше можно распознать, изменив поры.
«Это исследование показывает, что мы можем идентифицировать различные аминокислоты, — сказал он. — В настоящее время методом характеристики белка является масс-спектрометрия, которая не определяет последовательность, а только сравнивает образец с тем, что уже есть в базе данных. Его способность характеризовать новые варианты или мутации ограничена. С нанопорами мы, наконец, могли бы взглянуть на модификации, которые еще не изучены».
По словам Аксиментьева, нанопоры аэролизина могут быть интегрированы в стандартные установки нанопор, что сделает их доступными для других ученых. В настоящее время исследователи изучают подходы для считывания аминокислот в последовательном порядке, поскольку они вырезаны из белка. Они также рассматривают другие приложения для системы.
«Одним из возможных применений было бы объединить это с иммуноанализом для выявления интересующих белков, а затем упорядочить их. Последовательность их покажет нам, изменены они или нет, что может привести к клиническому диагностическому инструменту», — сказал Аксиментьев.
«Эта работа показывает, что на самом деле нет предела тому, насколько точно мы можем охарактеризовать биологические молекулы, — сказал он. — Очень вероятно, что однажды мы сможем рассказать о молекулярном составе клетки — из чего мы сделаны, вплоть до уровня отдельных атомов».
Статья опубликована в журнале Nature Biotechnology
Источник: scientificrussia.ru
