Naśladowanie warunków fizjologicznych pomaga badaczom znaleźć spoiwa metali
Naukowcy opracowali metodę identyfikacji małych cząsteczek wiążących jony metali. Jony metali są niezbędne w biologii. Jednak określenie, z którymi cząsteczkami – a zwłaszcza z którymi małymi cząsteczkami – oddziałują te jony metali, może być wyzwaniem.
Do oddzielania metabolitów do analizy konwencjonalne metody metabolomiczne wykorzystują rozpuszczalniki organiczne i niskie pH, które mogą powodować dysocjację kompleksów metali. Pieter C. Dorrestein z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i współpracownicy chcieli zachować kompleksy razem na potrzeby analizy, naśladując warunki natywne występujące w komórkach. Gdyby jednak podczas rozdzielania cząsteczek zastosowali warunki fizjologiczne, musieliby ponownie zoptymalizować warunki separacji dla każdego warunku fizjologicznego, który chcieli przetestować.
Zamiast tego badacze opracowali dwuetapowe podejście, które wprowadza warunki fizjologiczne pomiędzy konwencjonalną separacją chromatograficzną a analizą ze spektrometrią mas (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Najpierw oddzielili ekstrakt biologiczny za pomocą konwencjonalnej wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Następnie dostosowali pH przepływu opuszczającego kolumnę chromatograficzną, aby naśladować warunki fizjologiczne, dodali jony metali i przeanalizowali mieszaninę za pomocą spektrometrii mas. Przeprowadzili analizę dwukrotnie, aby uzyskać widma masowe małych cząsteczek z metalami i bez nich. Aby określić, które cząsteczki wiążą metale, wykorzystali metodę obliczeniową, która wykorzystuje kształty pików do wywnioskowania powiązań między widmami wersji związanych i niezwiązanych.
Dorrestein twierdzi, że jednym ze sposobów dalszego naśladowania warunków fizjologicznych byłoby dodanie wysokich stężeń jonów, takich jak sód lub potas, oraz niskich stężeń interesującego metalu. „To staje się eksperymentem konkurencji. Zasadniczo powie Ci: OK, ta cząsteczka w tych warunkach ma większą skłonność do wiązania sodu i potasu lub tego jednego, unikalnego metalu, który dodasz” – mówi Dorrestein. „Możemy wprowadzać wiele różnych metali jednocześnie i naprawdę rozumiemy preferencje i selektywność w tym kontekście”.
W ekstraktach kulturowych Escherichia coli naukowcy zidentyfikowali znane związki wiążące żelazo, takie jak yersiniabaktyna i aerobaktyna. W przypadku yersiniabaktyny odkryli, że może ona również wiązać cynk.
Naukowcy zidentyfikowali w próbkach związki wiążące metale tak złożone, jak rozpuszczona materia organiczna z oceanu. „To zdecydowanie jedna z najbardziej złożonych próbek, jakie kiedykolwiek oglądałem” – mówi Dorrestein. „Jest prawdopodobnie tak samo złożony, jeśli nie bardziej, jak ropa naftowa”. Metoda zidentyfikowała kwas domoikowy jako cząsteczkę wiążącą miedź i zasugerowała, że wiąże on Cu2+ w postaci dimeru.
„Podejście omiczne do identyfikacji wszystkich metabolitów wiążących metale w próbce jest niezwykle przydatne ze względu na znaczenie biologicznej chelatacji metali” – pisze Oliver Baars, który bada metabolity wiążące metale wytwarzane przez rośliny i drobnoustroje na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej, pisze w artykule e-mail.
„Dorrestein i współpracownicy zapewniają elegancki, bardzo potrzebny test pozwalający lepiej poznać fizjologiczną rolę jonów metali w komórce” – pisze w e-mailu Albert JR Heck, pionier analiz natywnej spektrometrii mas na Uniwersytecie w Utrechcie. „Możliwym następnym krokiem byłaby ekstrakcja metabolitów z komórki w warunkach natywnych i frakcjonowanie ich również w warunkach natywnych, aby sprawdzić, które metabolity rzeczywiście przenoszą które endogenne jony metali komórkowych”.
Wiadomości chemiczne i inżynieryjne
ISSN 0009-2347
Prawa autorskie © 2021 Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne
Czas publikacji: 23 grudnia 2021 r