Nieuwe technologie om een ​​enkel eiwit te isoleren en te bestuderen maakt de weg vrij voor een beter begrip van ziekteprocessen

Wetenschappers hebben nieuwe technologie ontwikkeld die het mogelijk heeft gemaakt om te isoleren en te bestuderen hoe een enkel eiwit – 10.000 keer dunner dan een mensenhaar – zich gedraagt ​​en verandert in de loop van de tijd.

Het team van Nottingham Trent University zegt dat het werk – het eerste in zijn soort – hen in staat stelt om te zien hoe een eiwit zich gedraagt ​​in zijn natuurlijke omgeving en dat het kan helpen om eiwitten die verband houden met ziekte beter te begrijpen en hoe ze kunnen reageren op bepaalde therapieën.

Het onderzoek omvat het gebruik van een zeer hoge concentratie licht die, wanneer de straal door een speciaal ontworpen nanostructuur wordt gestuurd, de juiste hoeveelheid kracht genereert om een ​​enkel eiwit in de vloeistof te grijpen en vast te houden zonder het te beschadigen.

De technologie kan detecteren hoe het licht wordt verstrooid en de onderzoekers kunnen deze unieke gegevens analyseren om te onthullen hoe het eiwit zich in realtime gedraagt.

Het eiwit wordt bestudeerd in zijn natuurlijke vloeibare omgeving, omdat de techniek van het team het lichaam kan nabootsen door factoren zoals zoutconcentratie, pH of zuurstofniveaus te veranderen.

Als proof of concept bestudeerden de onderzoekers ferritine, een eiwit in het bloed dat ijzer opslaat en vrijgeeft om ziekten te voorkomen die verband houden met ijzerontregeling, zoals bloedarmoede.

Tijdens het onderzoek konden ze onderscheid maken tussen het ferritine met en zonder ijzer – aangezien de gegevens verschillen in hun gewicht en beweging aan het licht brachten – en zelfs het punt waarop het ferritine zonder ijzer ijzer begon vast te leggen en op te slaan.

Ze zeggen dat de studie het begrip van het ijzeropnamemechanisme van ferritine-eiwitten heeft verdiept, wat zou kunnen leiden tot nieuwe therapieën voor ijzergerelateerde ziekten.

Tot nu toe hebben onderzoeken naar ferritine alleen ensemblemetingen kunnen gebruiken om de kenmerken van een groot aantal eiwitten te kwantificeren, wat beperkte informatie geeft over hun structurele veranderingen.

De onderzoekers beweren dat, omdat eiwitveranderingen plaatsvinden vóór symptomen van ziekte, hun werk het mogelijk zou kunnen maken om een ​​reeks ziekten veel eerder te identificeren en te behandelen.

“Om dingen buiten je gezichtsvermogen te kunnen zien, heb je eerst de juiste technologie nodig. Onze nanostructuur stelt ons in staat om eiwitten op nanoschaal waar te nemen”, zegt hoofdonderzoeker dr. Cuifeng Ying van de School of Science and Technology van Nottingham Trent University.

Ze zei: “Deze techniek stelt ons in staat om het gedrag van een enkel levend eiwit te bestuderen door een lichtstraal met hoge intensiteit te gebruiken om het in zijn eigen omgeving te vangen, vast te houden en te bestuderen. Normaal gesproken zou je veel eiwitten samen moeten bestuderen om te zien hoe de groep reageert.

“Veel eiwitten zijn gekoppeld aan ziekte; als we het wortelprobleem kunnen zien, kunnen we ze mogelijk beter en eerder behandelen.”

Arman Yousefi, een Ph.D. kandidaat aan de Nottingham Trent University, en de eerste auteur van deze studie, zei: “Het verstrooide licht geeft ons een unieke vingerafdruk om ons te laten zien hoe het eiwit zich gedraagt. Met betrekking tot ferritine observeerden we de rigide en ontspannen toestand van het eiwit met en zonder ijzer en zelfs het proces van het verzamelen en opslaan van het ijzer uit zijn omgeving.”

Mohsen Rahmani, Professor of Engineering aan NTU en een Royal Society Wolfson Fellow, voegde toe: “Deze technologie en techniek geven ons het potentieel om eiwitveranderingen te identificeren in relatie tot het ontstaan ​​en de progressie van ziekten. We kunnen naar veel eiwitten kijken en zien hoe ze reageren. Deze doorbraak zou in de toekomst een sleutelrol kunnen spelen bij het verbeteren van de overlevingskansen en het verlagen van de zorgkosten.

“Er was tot nu toe geen tool waarmee we eiwitten op deze manier kunnen bestuderen zonder ze te vernietigen.

De studie, waarbij ook de Universiteit van Nottingham en het Adolphe Merkle Instituut van de Universiteit van Fribourg in Zwitserland betrokken waren, is gepubliceerd in het tijdschrift Nano-brieven.