správy

Napodobňovanie fyziologických podmienok pomáha výskumníkom nájsť kovové spojivá

Vedci vyvinuli metódu na identifikáciu malých molekúl, ktoré viažu kovové ióny. Kovové ióny sú nevyhnutné v biológii. Ale identifikovať, s ktorými molekulami – a najmä s ktorými malými molekulami – tieto kovové ióny interagujú, môže byť náročné.

Na oddelenie metabolitov na analýzu používajú konvenčné metabolomické metódy organické rozpúšťadlá a nízke pH, ktoré môžu spôsobiť disociáciu kovových komplexov. Pieter C. Dorrestein z Kalifornskej univerzity v San Diegu a spolupracovníci chceli udržať komplexy pohromade na analýzu napodobňovaním prirodzených podmienok nájdených v bunkách. Ak by však pri separácii molekúl použili fyziologické podmienky, museli by znovu optimalizovať separačné podmienky pre každý fyziologický stav, ktorý chceli testovať.

Namiesto toho vedci vyvinuli dvojstupňový prístup, ktorý zavádza fyziologické podmienky medzi konvenčnú chromatografickú separáciu a hmotnostnú spektrometrickú analýzu (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Najprv oddelili biologický extrakt pomocou konvenčnej vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie. Potom upravili pH toku vystupujúceho z chromatografickej kolóny tak, aby napodobňovali fyziologické podmienky, pridali kovové ióny a zmes analyzovali hmotnostnou spektrometriou. Spustili analýzu dvakrát, aby získali hmotnostné spektrá malých molekúl s kovmi a bez nich. Na identifikáciu, ktoré molekuly viažu kovy, použili výpočtovú metódu, ktorá využíva tvary vrcholov na odvodenie spojení medzi spektrami viazaných a neviazaných verzií.

Jedným zo spôsobov, ako ďalej napodobňovať fyziologické podmienky, hovorí Dorrestein, by bolo pridanie vysokých koncentrácií iónov, ako je sodík alebo draslík, a nízke koncentrácie požadovaného kovu. „Stáva sa to súťažným experimentom. V podstate vám to povie, dobre, táto molekula má za týchto podmienok väčšiu tendenciu viazať sodík a draslík alebo tento jedinečný kov, ktorý ste pridali,“ hovorí Dorrestein. "Môžeme súčasne podávať veľa rôznych kovov a v tomto kontexte skutočne dokážeme pochopiť preferenciu a selektivitu."

V extraktoch kultúr z Escherichia coli výskumníci identifikovali známe zlúčeniny viažuce železo, ako je yersiniabaktín a aerobaktín. V prípade yersiniabaktinu zistili, že dokáže viazať aj zinok.

Vedci identifikovali zlúčeniny viažuce kovy vo vzorkách také zložité ako rozpustená organická hmota z oceánu. "To je absolútne jedna z najkomplexnejších vzoriek, aké som kedy videl," hovorí Dorrestein. "Je to pravdepodobne také zložité, ak nie zložitejšie ako ropa." Metóda identifikovala kyselinu domoovú ako molekulu viažucu meď a naznačila, že viaže Cu2+ ako dimér.

„Omikový prístup na identifikáciu všetkých metabolitov viažucich kov vo vzorke je mimoriadne užitočný kvôli dôležitosti biologickej chelatácie kovov,“ píše Oliver Baars, ktorý študuje metabolity viažuce kov produkované rastlinami a mikróbmi na Štátnej univerzite v Severnej Karolíne. email.

„Dorrestein a spolupracovníci poskytujú elegantný, veľmi potrebný test na lepšie skúmanie toho, aká by mohla byť fyziologická úloha kovových iónov v bunke,“ píše Albert JR Heck, priekopník v natívnych analýzach hmotnostnej spektrometrie na Utrechtskej univerzite. "Ďalším možným krokom by bolo extrahovanie metabolitov za prirodzených podmienok z bunky a ich frakcionácia aj za prirodzených podmienok, aby sme zistili, ktoré metabolity nesú ktoré endogénne bunkové ióny kovov."

Chemical & Engineering News
ISSN 0009-2347
Copyright © 2021 American Chemical Society