I en studie publicerad i Nature Nanotechnology , forskare från Delft University of Technology presenterar en ny teknik för att identifiera proteiner. Proteiner utför viktiga funktioner i våra celler, samtidigt som de spelar en avgörande roll i sjukdomar som cancer och covid-19-infektion. Forskarna identifierar proteiner genom att läsa ut fingeravtrycket och jämföra fingeravtrycket med mönster från en databas.
Med hjälp av denna nya teknik kan forskarna identifiera individuella, intakta, fullängdsproteiner och bevara all information. Detta kan belysa mekanismerna bakom många olika sjukdomar och möjliggör tidigare diagnos.
"Studien av proteiner i celler har varit ett hett ämne i decennier och har gjort enorma framsteg, vilket gör att forskare kan få en mycket bättre uppfattning om vilken typ av proteiner som finns och vilken funktion de har", säger Mike Filius, först. författare till tidningen.
För närvarande använder forskare en metod som kallas masspektrometri för att identifiera proteiner. Det vanligaste tillvägagångssättet för masspektrometri är "bottom-up"-metoden, där fullängdsproteiner skärs i mindre fragment, kallade peptider, som sedan mäts med masspektrometern. Baserat på data från dessa små fragment, rekonstruerar en dator proteinet.
Filius säger:"Detta är lite likt ditt typiska IKEA-projekt, där du alltid har några reservdelar som du inte är riktigt säker på hur du ska passa in. Men när det gäller proteiner kan dessa reservdelar faktiskt innehålla mycket värdefull information, till exempel om ett sådant protein har en skadlig struktur som orsakar en sjukdom eller inte."
Proteinfingeravtrycket
"För att identifiera ett protein behöver du inte känna till alla aminosyrorna, utan byggstenarna i något protein. Istället försöker du skaffa tillräcklig information så att du kan identifiera proteinet med hjälp av en databas som referens, liknande till hur polisen kan hitta en misstänkts identitet genom ett fingeravtryck", förklarar Filius.
"I tidigare arbete har vi visat att varje protein har ett unikt fingeravtryck, precis som den mänskliga analogen. Vi insåg att vi bara behöver veta platsen för ett fåtal av alla aminosyror i ett protein för att generera ett unikt fingeravtryck från som vi kan identifiera proteinet", tillägger Raman van Wee, en Ph.D. kandidat som var involverad i forskningen.
"Vi kan upptäcka dessa aminosyror genom molekyler som lyser upp under ett mikroskop och är fästa vid små bitar av DNA som binder mycket specifikt till en viss aminosyra", förklarar Van Wee. På så sätt kan teamet mycket snabbt fastställa aminosyrans placering med stor precision.
"Eftersom känsligheten för denna nya teknik, kallad FRET X, är högre än den för konventionella metoder som masspektrometri, kan vi detektera mycket lägre koncentrationer av proteiner i en blandning av många andra biomolekyler och kräver bara en liten mängd prov," Filius säger. Detta är viktigt, eftersom det gör att mätningen av patientprover i händelse av sjukdom är inom räckhåll.
"I vår artikel visar vi att vi kan upptäcka små mängder proteiner som är karakteristiska för Parkinsons sjukdom eller för covid-19-infektion", säger Filius.
"Medan det finns andra metoder som undersöks för att identifiera proteiner, fokuserar vårt på att identifiera intakta och individuella proteiner i en komplex blandning. Vi kan leta efter en nål i en höstack", tillägger Van Wee.
Även om forskningen är lovande kräver den betydande utveckling fortfarande, vilket Chirlmin Joo Lab ser fram emot att arbeta med. Forskargruppen har pratat med flera intressenter i kliniska labb och den biofarmaceutiska industrin och lärt sig att de verkligen är entusiastiska över den banbrytande potential som tekniken har.
De arbetar också med att lansera en start-up för att utveckla FRET X till en plattform för detektion av högkänsligt protein. Denna plattform kan diagnostisera sjukdomar i de tidigaste stadierna, vilket förbättrar effekten av potentiell behandling.
"Denna banbrytande teknik knäcker koden för proteiner och öppnar upp spännande möjligheter för tidigare sjukdomsdetektering", säger Chirlmin Joo, handledare för projektet.
Mer information: Mike Filius et al, Fingeravtryck av enmolekylär protein i full längd, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01598-7
Journalinformation: Nanoteknik i naturen
Tillhandahålls av Delft University of Technology
