Napodobování fyziologických podmínek pomáhá výzkumníkům najít pojiva kovů
Vědci vyvinuli metodu pro identifikaci malých molekul, které vážou kovové ionty. Kovové ionty jsou nezbytné v biologii. Ale identifikace, se kterými molekulami – a zejména se kterými malými molekulami – tyto kovové ionty interagují, může být náročné.
K separaci metabolitů pro analýzu používají konvenční metabolomické metody organická rozpouštědla a nízké pH, které mohou způsobit disociaci kovových komplexů. Pieter C. Dorrestein z Kalifornské univerzity v San Diegu a jeho spolupracovníci chtěli udržet komplexy pohromadě pro analýzu napodobováním přirozených podmínek nalezených v buňkách. Pokud by ale při separaci molekul použili fyziologické podmínky, museli by znovu optimalizovat separační podmínky pro každý fyziologický stav, který chtěli testovat.
Místo toho výzkumníci vyvinuli dvoustupňový přístup, který zavádí fyziologické podmínky mezi konvenční chromatografickou separaci a hmotnostní spektrometrickou analýzu (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Nejprve separovali biologický extrakt pomocí konvenční vysokoúčinné kapalinové chromatografie. Potom upravili pH proudu vycházejícího z chromatografické kolony tak, aby napodobovalo fyziologické podmínky, přidali kovové ionty a směs analyzovali hmotnostní spektrometrií. Provedli analýzu dvakrát, aby získali hmotnostní spektra malých molekul s kovy a bez nich. K identifikaci, které molekuly váží kovy, použili výpočetní metodu, která využívá tvary píku k odvození spojení mezi spektry vázaných a nevázaných verzí.
Jedním ze způsobů, jak dále napodobit fyziologické podmínky, říká Dorrestein, by bylo přidat vysoké koncentrace iontů, jako je sodík nebo draslík, a nízké koncentrace sledovaného kovu. „Stává se to soutěžním experimentem. V podstatě vám to řekne, OK, tato molekula má za těchto podmínek větší tendenci vázat sodík a draslík nebo tento jedinečný kov, který jste přidali,“ říká Dorrestein. "Můžeme současně infuzovat mnoho různých kovů a v tomto kontextu můžeme skutečně pochopit preference a selektivitu."
V kulturách extraktů z Escherichia coli vědci identifikovali známé sloučeniny vázající železo, jako je yersiniabaktin a aerobaktin. V případě yersiniabaktinu zjistili, že dokáže vázat i zinek.
Vědci identifikovali sloučeniny vázající kovy ve vzorcích stejně složité jako rozpuštěná organická hmota z oceánu. "To je absolutně jeden z nejkomplexnějších vzorků, které jsem kdy viděl," říká Dorrestein. "Je to pravděpodobně stejně složité jako, ne-li složitější než ropa." Metoda identifikovala kyselinu domoovou jako molekulu vázající měď a navrhla, že váže Cu2+ jako dimer.
„Omikový přístup k identifikaci všech metabolitů vázajících kov ve vzorku je extrémně užitečný kvůli důležitosti biologické chelace kovů,“ píše Oliver Baars, který studuje metabolity vázající kov produkované rostlinami a mikroby na Státní univerzitě v Severní Karolíně. e-mail.
"Dorrestein a spolupracovníci poskytují elegantní, velmi potřebný test, který lépe prozkoumá, jaká by mohla být fyziologická role kovových iontů v buňce," píše v e-mailu Albert JR Heck, průkopník nativních analýz hmotnostní spektrometrie na Utrechtské univerzitě. "Možným dalším krokem by bylo extrahovat metabolity za nativních podmínek z buňky a frakcionovat je také za nativních podmínek, abychom viděli, které metabolity nesou které endogenní buněčné ionty kovů."
Chemické a inženýrské novinky
ISSN 0009-2347
Copyright © 2021 American Chemical Society
Čas odeslání: 23. prosince 2021