Biologen sequencen eiwitten door ze door nanoporiën te trekken

Een team van chemische biologen aan de Universiteit van Washington, in samenwerking met collega’s van Oxford Nanopore Technologies, heeft een proteïnesequentieproces ontwikkeld waarbij proteïnen door nanoporiën in een lipidemembraan worden getrokken. Hun paper is gepubliceerd in het dagboek Natuur.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat hoewel het menselijk genoom ongeveer 20.000 genen heeft, er meer dan 1 miljoen bijbehorende eiwitstructuren zijn, bekend als proteovormen, die de grote diversiteit tussen individuele mensen mogelijk maken. En hoewel het genoom is gesequenced, zijn de proteovormen dat niet, vanwege hun driedimensionale aard.

In deze nieuwe studie heeft het onderzoeksteam een ​​manier gevonden om dergelijke sequentiebepaling uit te voeren: door de eiwitten door een nanoporie te trekken en hun structurele variaties te meten met behulp van een elektrisch veld.

De studie bouwt voort op eerder werk van een groot aantal andere teams, zoals een inspanning vorig jaar onder leiding van Hagan Bayley, een van de oprichters van Oxford Nanopore. Dat team ontdekte dat nanoporen gebruikt konden worden om te selecteren op specifieke ionen in een vloeistof. In deze nieuwe inspanning ontdekte het team dat nanoporen in bepaalde lipiden gebruikt kunnen worden als hulpmiddel voor het sequencen van eiwitten.

Het proces omvat het eerst ontvouwen van het bestudeerde eiwit door negatief geladen sequenties aan de staart toe te voegen en vervolgens een elektrische stroom te gebruiken om eraan te trekken, waardoor het zich tot zijn volledige lengte uitstrekt. Het eiwit wordt vervolgens door een natuurlijk voorkomende nanopore in een lipidekanaal getrokken.

De onderzoekers hebben ook een ‘stopper’ toegevoegd die voorkomt dat het eiwit te snel door de nanoporie wordt getrokken. De stopper zorgt er ook voor dat het eiwit verder rechtgetrokken wordt terwijl het erdoorheen wordt getrokken.

Terwijl het eiwit langzaam door de nanopore wordt getrokken, wordt er een elektrische lading net voorbij de stopper gestuurd, door het eiwit. Door de verandering in amplitude te meten, konden de onderzoekers de sequenties van het eiwit bepalen terwijl het erdoorheen ging. Door dit van het ene uiteinde van het eiwit naar het andere te doen, is volledige sequentiebepaling mogelijk.

Het onderzoeksteam merkt op dat het proces nog verder verfijnd moet worden voordat het beschikbaar wordt gesteld aan anderen: het elektrische veld verliest soms bijvoorbeeld zijn grip. Ze willen ook de noodzaak oplossen om de staart toe te voegen, waardoor het proces toegankelijker wordt.