Команда из Гронингенского университета продемонстрировала, что можно напрямую измерять малые молекулы метаболитов с использованием метода нанопор без мономеров. В своей работе исследователи установили метод обнаружения и количественного определения уровней глюкозы или аминокислоты, называемой аспарагином, с нанопорой цитолизина A (ClyA) в сочетании с белковыми сенсорами, которые основаны на адаптированных вариантах бактериальных связывающих белков, специфически взаимодействующих с этими молекулами. Результаты команды, опубликованные в “Nature Communications”, демонстрируют, что нанопоры генерировали характерные электронные сигналы, когда молекулы-мишени перемещались через поры, который оказался достоверными для нескольких разных типов образцов, рассматриваемых в исследовании.
«Используя белки из семейства протеинов, распознающих огромное количество молекул мы определили, что нанопоры ClyA могут определять концентрацию глюкозы и аспарагина непосредственно из образцов крови, пота и других жидкостей организма», - утверждает автор Джованни Маглия, биохимик-исследователь из Университета Гронингена, и его соавторы.
«Включение нанопор в портативные электронные устройства позволит разрабатывать чувствительные, неинвазивные датчики постоянного действия для измерения метаболитов в диагностики «у постели больного» и домашней диагностики», - предложили авторы. Стремясь расширить перечень небольших молекул, которые могут быть обнаружены в электронном виде, исследователи работали над белковой системой, связывающей нанопоры ClyA, которая в конечном итоге может быть встроена в такое устройство. Вообще говоря, они объяснили, что электрический сигнал, создаваемый при перемещении ионов через нанопору в ответ на приложенный электрический потенциал, может дать представление о типах молекул, движущихся через поры.
Когда дело дошло до адаптации этой системы для обнаружения глюкозы, команда использовала глюкозосвязывающий белок, который задерживался в порах в течение определенного времени в определенных электронных и осмотических условиях. Исследователи продемонстрировали, что пики, полученные в результате протекания тока через поры, сдвигаются в зависимости от открытой или закрытой конфигурации глюкозосвязывающего белка, которая, в свою очередь, зависит от присутствия глюкозы на одной стороне нанопоры. Далее они продемонстрировали, что этот подход может быть применен к нано- и микролитровым образцам крови, пота, мочи и слюны. Ученые адаптировали методику, используя полученный опыт, с другим связывающим белком для обнаружения аспарагина – аминокислоты, которая может выступать в качестве маркера поражения мозга после инсульта или болезни Паркинсона. Они также исследовали возможность измерения глюкозы и аспарагина в одном и том же образце пота, показывая, что нанопорные блокады, полученные каждым связывающим белком, можно отличить друг от друга. Команда продолжает поиск связующих белков, которые могут быть использованы в системе нанопор, надеясь разработать аналогичные решения для обнаружения еще большего количества субстратов в жидкостях организма и других образцах. В статье Маглия отметил, что такие белки «должны быть настроены для работы с порами».
«В данный момент мы не понимаем механизм этого явления, поэтому поиск правильных белков - это вопрос проб и ошибок», - пояснил он. Несмотря на это Маглия предположил: «Если мы сможем создать систему с белками, специфичными для сотен различных метаболитов, мы создадим действительно революционную новую технологию для медицинской диагностики».
Мнение специалиста: Инновационные технологии идут на смену большим, громоздким, шумным анализаторам. Возможно в ближайшем будущем мы увидим чип, выдающий весь спектр биохимических исследований из нанообъемов образца.
