Nanopore-technologie, die wordt gebruikt om DNA te sequensen, is goedkoop, handbediend en werkt in de jungle en in de ruimte. Het gebruik van deze technologie om peptiden of eiwitten te identificeren is nu een stap dichterbij. Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben een gepatenteerde nanoporie gebruikt om de vingerafdrukken van eiwitten en peptiden te identificeren, en het kan zelfs polypeptiden detecteren die met één aminozuur verschillen. De resultaten zijn op 16 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben een aantal peptiden en eiwitten kunnen identificeren die door een trechtervormige nanoporie gaan. Ze hebben twee hoofdproblemen opgelost die pogingen om eiwitten met nanoporiën te analyseren en te sequencen hebben belemmerd:polypeptiden in de porie krijgen en verschillen in eiwitten identificeren door stroomopnames. 'Nanoporiën dragen meestal een lading, en de aminozuren waaruit polypeptiden bestaan, zijn ook geladen. Het polypeptide in de porie krijgen en door nanoporiën gaan is daarom een ​​uitdaging', legt universitair hoofddocent Chemische Biologie Giovanni Maglia uit.

Vingerafdruk

Hij gebruikte een elektro-osmotische stroom om de polypeptiden in de poriën te trekken. Onder een toegepaste potentiaal over de nanoporie, er stroomt een stroom van ionen en water door de porie.' Als de richting van de ionenstroom kan worden gecontroleerd, er kan een vloeistofstroom worden gegenereerd die sterk genoeg is om polypeptiden te transporteren. 'Dat deden we door de ladingen in de poriënwand af te stemmen. Door de pH van het medium te veranderen, het was mogelijk om de balans tussen de elektro-osmotische stroom en de kracht van het elektrische veld dat over de porie werd aangelegd te finetunen.'

Maglia testte vijf verschillende polypeptiden, variërend van 1 tot 25 kilodalton. 'We gebruikten biomarker-peptiden gekoppeld aan ziekte, met verschillende ladingen en vormen', hij zegt. De polypeptiden gingen de porie binnen en de stroom door de porie produceerde voor elk een 'vingerafdruk'. Zo slaagde hij erin om twee versies van het 21 aminozuur peptide endotheline te onderscheiden, die slechts één aminozuur verschillen (tryptofaan of methionine).

Volgorde aanbrengen in

Een goede lezing krijgen van een nanoporie is ingewikkeld. Maglia gebruikte een nieuw soort porie dat hij karakteriseerde en patenteerde. 'In het verleden gebruikte poriën zijn tonvormig, wat betekent dat de vorm en grootte van de porie fundamentele beperkingen heeft. Maar onze porie heeft een alfa spiraalvormige trechtervorm, en de grootte van het smalle uiteinde, waar we onze metingen doen, betekent dat het maar één aminozuur moet bevatten, dus het is gemakkelijker af te stemmen.'

Momenteel, de polypeptiden gaan te snel door de porie om de afzonderlijke aminozuren te identificeren. Dit is nodig voor eiwitsequencing op de schaal van één molecuul. Het zou een waardevol instrument zijn voor onderzoek, legt Maglia uit:'Eiwitten kunnen op veel unieke manieren chemisch worden gewijzigd, en we hebben heel weinig informatie over de exacte samenstelling van eiwitten in ons lichaam.' Dit kan alleen worden gezien op het niveau van één molecuul.

Maglia:'Moleculaire diagnostiek en ontdekking van biomarkers zouden vooral baat moeten hebben bij de karakterisering van proteomen op één molecuul.' Het is een groot voordeel dat er al nanoporiëntechnologie is ontwikkeld voor DNA-sequencing. Deze technologie is snel, goedkoop en robuust:nanopore-sequencing-apparaten worden in het veld gebruikt en er is er zelfs één naar het internationale ruimtestation gestuurd. Het gebruik van een vergelijkbare techniek om eiwitten te identificeren zou kleine aanpassingen vergen, voornamelijk in de poriën. 'In theorie, we zouden morgen een applicatie kunnen bouwen.'