Ученые разработали более простую и дешевую технологию для анализа протеома
Белки — это «рабочие лошадки», выполняющие большинство биологических функций в наших клетках. В то время как наш геном фиксирован, белки постоянно меняются с возрастом, при различных состояниях здоровья и под воздействием лечения.
Изучение протеома (протеомика) полезно для разработки лекарств, диагностики заболеваний и управления здоровьем, а также может открыть путь к персонализированной медицине.
Яньбао Юй из Университета Делавэра разработал упрощенный метод подготовки белковых образцов для протеомного анализа. Метод является быстрым, простым в использовании, недорогим и совместимым с другими этапами процесса.
Эффективность метода, на который подана патентная заявка, подтверждена в статье, опубликованной 11 июня в журнале Cell Reports Methods.
О протеомике
Наличие или отсутствие определенных белков может быть индикатором состояния организма. Протеомики используют масс-спектрометр для идентификации белков. Критически важным этапом является подготовка образцов (крови, тканей) для анализа на этом приборе.
Простой метод с хорошими результатами
Метод Юя упрощает подготовку образцов, делая процесс эффективным, действенным и экономичным (E3). Технология защищена патентом через Офис экономических инноваций и партнерств Университета Делавэра. Компания CDS Analytical, LLC получила эксклюзивную лицензию на коммерциализацию.
В сочетании с мембраной Empore от CDS Analytical метод предлагает более простую и менее затратную платформу для подготовки образцов по сравнению с другими продуктами на рынке. Платформу можно использовать с различными устройствами для сбора образцов (фильтры, пипетки, картриджи, планшеты).
«Это действительно простая в использовании методика. Не нужно иметь степень PhD, чтобы уверенно заниматься протеомикой. Мы сделали метод очень надежным, чтобы каждый лаборант мог проводить высококачественную подготовку белков», — сказал Юй.
Цель — сделать протеомные эксперименты более доступными, приблизив их по стоимости к геномным, что может оказать большое влияние на персонализированную медицину и стоимость здравоохранения.
«Обработка — это фокус нашей технологии. Если мы сможем снизить стоимость необходимых химических реагентов и расходных материалов сейчас, это принесет пользу всем пациентам в будущем, если эти тесты можно будет проводить с помощью масс-спектрометрии», — отметил Юй.
Исследователи провели валидацию платформы на различных типах образцов — от сложных до содержащих малое количество клеток. Первоначально производительность изучали на E. coli (бактерии с хорошо известным протеомом). Дальнейшие исследования подтвердили полезность технологии для подготовки к анализу самых разных биологических образцов: от бактерий водно-болотных угодий и грибов до слюны, тканей или человеческих клеток. Общие данные показали, что метод эквивалентен или превосходит многие существующие методы.
CDS Analytical начала продажу новых продуктов для подготовки проб в декабре 2023 года.
Решение критических биологических вопросов
Молекулярный биолог Университета Делавэра Мона Батиш использовала метод Юя для идентификации РНК-связывающих белков (RBP), взаимодействующих с циркулярной РНК. Эти белки критически важны для многих клеточных процессов.
«Найти РНК-связывающие белки, особенно в низкой концентрации, утомительно, но технология Янбао помогла преодолеть эту проблему и дала нам действительно хорошие данные. Она также очень воспроизводима, что является самым важным фактором, когда речь идет о любом новом биологическом открытии», — сказала Батиш.
Эффективность для образцов окружающей среды с ограниченным количеством
Геолог Клара Чан и Джессика Кеффер работают с железоокисляющими бактериями, которые производят минералы ржавчины. Исследователям нужно понять, какие белки используют эти бактерии для формирования минералов, но организмы трудно культивировать и анализировать.
Ранее в лаборатории Чана было обнаружено очень мало белков. Кеффер использовала детергент для лизиса клеток, но это могло привести к потере образца. Центрифугирование также не подходило.
«Белки могут легко адсорбироваться на пластике. Больше пипетирования и переливания жидкостей означает большую потерю образца. В идеале такие ценные образцы следует обрабатывать в небольшом объеме в одном устройстве», — пояснил Юй.
В статье Юй демонстрирует доказательство принципа, используя несколько тысяч клеток. Для решения проблемы Кеффер он предложил пропустить этапы лизиса клеток и вместо этого использовать улучшенную версию своей технологической платформы для проведения реакций и обработки непосредственно внутри клетки.
С помощью этого метода Кеффер смогла выделить большое количество пептидов и белков из меньшего объема образца, чем когда-либо прежде.
«В текущем наборе данных мы обнаружили около 78% от общего количества предсказанных белков нашего организма. Это больше белков, чем мы когда-либо видели в предыдущих попытках. Данные также были очень высокого качества, а повторные исследования давали очень похожие результаты, что важно для уверенности в результатах», — сказала Кеффер.
Эта информация может рассказать исследователям больше о способности других организмов производить ржавчину или привести к технологиям, использующим эти белки для создания желаемых изменений в окружающей среде или новых материалов.
«Возможность обнаруживать белки и их фактическое количество помогает нам делать выводы о том, что они делают. Если мы можем сделать это в плохо растущих культурах, возможно, мы сможем выйти в окружающую среду и получить более полную картину происходящего, чем может дать текущая экологическая протеомика», — сказала Чан.
Следующие шаги Юя включают применение технологии к более сложным биологическим системам и для решения вопросов, более актуальных для здоровья человека, таких как вирусные инфекции и рак.
В будущем Юй надеется, что продукты будут приняты и использованы исследователями в сообществе протеомики, а потенциально — клиницистами или медицинскими техниками для ежедневной диагностики и скрининга простым и последовательным образом.