ziņas

Fizioloģisko apstākļu atdarināšana palīdz pētniekiem atrast metāla saistvielas

Pētnieki ir izstrādājuši metodi mazu molekulu identificēšanai, kas saista metāla jonus. Metālu joni ir būtiski bioloģijā. Taču var būt grūti noteikt, ar kurām molekulām un īpaši mazajām molekulām šie metāla joni mijiedarbojas.

Lai atdalītu metabolītus analīzei, parastās metabolomikas metodes izmanto organiskos šķīdinātājus un zemu pH, kas var izraisīt metālu kompleksu disociāciju. Pīters K. Dorresteins no Kalifornijas Universitātes Sandjego un kolēģi vēlējās saglabāt kompleksus kopā analīzei, atdarinot šūnās sastopamos dabiskos apstākļus. Bet, ja viņi izmantoja fizioloģiskos apstākļus molekulu atdalīšanas laikā, viņiem būtu bijis atkārtoti jāoptimizē atdalīšanas apstākļi katram fizioloģiskajam stāvoklim, kuru viņi vēlējās pārbaudīt.

Tā vietā pētnieki izstrādāja divpakāpju pieeju, kas ievieš fizioloģiskos apstākļus starp parasto hromatogrāfisko atdalīšanu un masas spektrometrisko analīzi (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Pirmkārt, viņi atdalīja bioloģisko ekstraktu, izmantojot parasto augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfiju. Pēc tam viņi noregulēja no hromatogrāfijas kolonnas izejošās plūsmas pH, lai atdarinātu fizioloģiskos apstākļus, pievienoja metāla jonus un analizēja maisījumu ar masas spektrometriju. Viņi veica analīzi divas reizes, lai iegūtu mazu molekulu masas spektrus ar un bez metāliem. Lai noteiktu, kuras molekulas saista metālus, viņi izmantoja skaitļošanas metodi, kas izmanto pīķu formas, lai secinātu savienojumus starp saistīto un nesaistīto versiju spektriem.

Viens no veidiem, kā vēl vairāk atdarināt fizioloģiskos apstākļus, Dorrestein saka, būtu pievienot lielu jonu koncentrāciju, piemēram, nātriju vai kāliju, un zemu interesējošā metāla koncentrāciju. “Tas kļūst par sacensību eksperimentu. Būtībā tas jums pateiks: labi, šai molekulai šādos apstākļos ir lielāka tieksme saistīt nātriju un kāliju vai šo vienu unikālo metālu, ko esat pievienojis,” saka Dorrešteins. "Mēs varam ievadīt daudz dažādu metālu vienlaikus, un mēs patiešām varam saprast izvēli un selektivitāti šajā kontekstā."

Escherichia coli kultūras ekstraktos pētnieki identificēja zināmus dzelzi saistošus savienojumus, piemēram, jersiniabaktīnu un aerobaktīnu. Jersiniabaktīna gadījumā viņi atklāja, ka tas var saistīt arī cinku.

Pētnieki paraugos identificēja metālu saistošus savienojumus, kas ir tikpat sarežģīti kā izšķīdušās organiskās vielas no okeāna. "Tas ir absolūti viens no vissarežģītākajiem paraugiem, ko esmu apskatījis," saka Dorrešteins. "Tas, iespējams, ir tikpat sarežģīts kā jēlnafta, ja ne sarežģītāks par to." Metode identificēja domoskābi kā varu saistošu molekulu un ierosināja, ka tā saistās ar Cu2+ kā dimēru.

"Omikas pieeja, lai identificētu visus metālu saistošos metabolītus paraugā, ir ārkārtīgi noderīga, jo ir svarīga bioloģiska metālu helātu veidošanās," raksta Olivers Bārs, kurš Ziemeļkarolīnas štata universitātē pēta metālu saistošos metabolītus, ko ražo augi un mikrobi. e-pasts.

"Dorresteins un kolēģi nodrošina elegantu, ļoti nepieciešamo testu, lai labāk noskaidrotu, kāda varētu būt metālu jonu fizioloģiskā loma šūnā," e-pastā raksta Alberts JR Heks, Utrehtas universitātes dabiskās masas spektrometrijas analīzes pionieris. "Iespējamais nākamais solis būtu metabolītu ekstrahēšana no šūnas dabiskos apstākļos un to frakcionēšana arī dabiskos apstākļos, lai noskaidrotu, kuri metabolīti satur kādus endogēnos šūnu metālu jonus."

Ķīmijas un inženierzinātņu ziņas
ISSN 0009-2347
Autortiesības © 2021 American Chemical Society