Увеличение объёма информации, извлекаемой из белковых микрочипов

Исследователи из Центра структурной биологии и биоинформатики Свободного университета Брюсселя (Бельгия) показали, что использование инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) позволяет значительно увеличить объём информации, получаемой из белкового микрочипа. В новом отчёте в журнале Biomedical Spectroscopy and Imaging они демонстрируют, как можно получать высококачественные спектры из белковых пятен размером не больше диаметра человеческого волоса.

Стандартное использование белковых микрочипов требует связывания белков с другими соединениями, например, терапевтическими препаратами. К белку присоединяют флуоресцентную молекулу, чтобы при связывании с препаратом возникал световой сигнал. Однако такие флуоресцентные белки могут быть сложны и дороги в производстве, а информация ограничивается лишь фактом связывания.

Инфракрасная (ИК) спектроскопия позволяет исследовать молекулярную структуру вещества. Разные химические связи в молекуле поглощают разные длины волн инфракрасного света, и сканирование диапазона длин волн позволяет измерить типы связей. Эти измерения представляют собой «отпечаток пальца» молекул в образце. Более того, ИК-спектры отражают не только химическую природу молекул, но и их форму. Они особенно чувствительны к вторичной структуре белка.

Исследователи создали микрочипы с помощью коммерческого инструмента, нанося около 100 пиколитров белка из раствора. Получившиеся белковые пятна имели диаметр около 100 микрометров. Для сбора полного инфракрасного спектра с каждого пятна в массиве использовалась фокально-плоскостная матрица 128x128, что дало 16 384 полных спектра. Эти спектры были предварительно обработаны для удаления случайного шума и коррекции фона.

Для проверки чувствительности метода были приготовлены растворы лизоцима, альбумина и гемоглобина с концентрацией от 10 до 0.1 мг/мл и нанесены в виде множества пятен. Отдельные пятна позволили получить структурную информацию и информацию о концентрации для типичного белка — альбумина.

По словам ведущего исследователя Эрика Гурмата, PhD, комбинация FTIR и технологии микрочипов имеет три основных преимущества:

1. Детекция без меток: Меченые белки могут быть недоступны в продаже или очень дороги. Это также повышает качество, поскольку процедура мечения часто разрушает часть белковой структуры.
2. Прямое и абсолютное количественное определение белков: Инфракрасное детектирование позволяет количественно определить количество связанного белка в образце.
3. Полный «отпечаток» белков: Инфракрасная визуализация предоставляет полный колебательный спектр связывающей молекулы, который включает информацию о химических реакциях и вторичной структуре белка.

«Результаты этого исследования показывают, что высококачественные спектры могут быть получены из ничтожно малых количеств белков, то есть меньше, чем монослой белков», — пояснил доктор Гурмат. — «Это важно, поскольку открывает путь к использованию инфракрасной визуализации вместо, например, флуоресценции для детекции связывания. Эта работа также показывает, что теперь возможно проводить высокопроизводительный анализ белков, комбинируя технологию микрочипов и инфракрасную спектроскопическую визуализацию, что позволяет количественно анализировать сотни белков за несколько минут. Весь процесс от производства/очистки белка до анализа микрочипа теперь интегрирован в высокопроизводительную роботизированную платформу под названием Robotein».

«Исследование Гурмата и его коллег ещё больше повысит полезность FTIR-спектроскопии для фармацевтических белков и протеомных исследований. Этот подход станет отличным дополнением и расширением существующих методов, используемых для характеристики белков, таких как КД, ЯМР и масс-спектрометрия», — прокомментировал главный редактор Biomedical Spectroscopy and Imaging доктор Парвез И. Харис с факультета здравоохранения и естественных наук Университета Де Монфор (Великобритания).