חֲדָשׁוֹת

חיקוי תנאים פיזיולוגיים עוזר לחוקרים למצוא קלסרים מתכתיים

חוקרים פיתחו שיטה לזיהוי מולקולות קטנות הקושרות יוני מתכת. יוני מתכת חיוניים בביולוגיה. אבל לזהות עם אילו מולקולות - ובמיוחד אילו מולקולות קטנות - יוני המתכת האלה מקיימים אינטראקציה יכולה להיות מאתגרת.

כדי להפריד מטבוליטים לניתוח, שיטות מטבולומיקה קונבנציונליות משתמשות בממיסים אורגניים וב-pH נמוכים, שעלולים לגרום להתנתקות של מתחמי מתכת. פיטר סי דורסטיין מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו ועמיתיו רצו לשמור את המתחמים יחד לניתוח על ידי חיקוי התנאים המקומיים שנמצאו בתאים. אבל אם הם השתמשו בתנאים פיזיולוגיים במהלך הפרדת מולקולות, הם היו צריכים לייעל מחדש את תנאי ההפרדה עבור כל מצב פיזיולוגי שהם רצו לבדוק.

במקום זאת, החוקרים פיתחו גישה דו-שלבית המציגה תנאים פיזיולוגיים בין הפרדה כרומטוגרפית קונבנציונלית לניתוח מסה ספקטרומטרי (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). ראשית, הם הפרידו תמצית ביולוגית באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית קונבנציונלית בעלת ביצועים גבוהים. לאחר מכן הם התאימו את ה-pH של הזרימה היוצאת מהעמודה הכרומטוגרפית כדי לחקות תנאים פיזיולוגיים, הוסיפו יוני מתכת וניתחו את התערובת בספקטרומטריית מסה. הם הריצו את הניתוח פעמיים כדי להשיג ספקטרום מסה של מולקולות קטנות עם ובלי מתכות. כדי לזהות אילו מולקולות קושרות מתכות, הם השתמשו בשיטה חישובית המשתמשת בצורות שיא כדי להסיק קשרים בין הספקטרום של גרסאות קשורות ובלתי קשורות.

דרך אחת לחקות עוד יותר תנאים פיזיולוגיים, אומר דורשטיין, תהיה הוספת ריכוזים גבוהים של יונים כגון נתרן או אשלגן וריכוזים נמוכים של המתכת העניינית. "זה הופך לניסוי תחרות. זה בעצם יגיד לך, בסדר, למולקולה הזו בתנאים האלה יש יותר נטייה לקשור נתרן ואשלגן או למתכת הייחודית הזו שהוספת", אומר דורשטיין. "אנחנו יכולים להחדיר מתכות רבות ושונות בו-זמנית, ואנחנו באמת יכולים להבין את ההעדפה והסלקטיביות בהקשר הזה."

בתמציות תרבית מ-Escherichia coli, החוקרים זיהו תרכובות ידועות קושרות ברזל כגון yersiniabactin ו-aerobactin. במקרה של yersiniabactin, גילו שהוא יכול גם לקשור אבץ.

החוקרים זיהו תרכובות קושרות מתכות בדגימות מורכבות כמו חומר אורגני מומס מהאוקיינוס. "זו בהחלט אחת הדגימות המורכבות ביותר שראיתי אי פעם", אומר דורשטיין. "זה כנראה מורכב כמו, אם לא יותר מורכב מנפט גולמי." השיטה זיהתה חומצה דומואית כמולקולה קושרת נחושת והציעה שהיא קושרת את Cu2+ כדימר.

"גישת אומיקס לזיהוי כל המטבוליטים קושרים מתכות בדגימה היא שימושית ביותר בגלל החשיבות של קלציית מתכות ביולוגית", כותב אוליבר בארס, שחוקר מטבוליטים קושרי מתכות המיוצרים על ידי צמחים וחיידקים באוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט. אֶלֶקטרוֹנִי.

"דורסטיין ועמיתיו לעבודה מספקים מבחן אלגנטי, נחוץ מאוד, כדי לבחון טוב יותר מה התפקיד הפיזיולוגי של יוני מתכת בתא יכול להיות", כותב אלברט JR Heck, חלוץ בניתוחי ספקטרומטריית מסה מקורית באוניברסיטת אוטרכט, בדוא"ל. "שלב הבא אפשרי יהיה לחלץ את המטבוליטים בתנאים מקוריים מהתא ולחלק אותם גם בתנאים טבעיים, כדי לראות אילו מטבוליטים אכן נושאים אילו יוני מתכת תאיים אנדוגניים."

חדשות כימיה והנדסה
ISSN 0009-2347
זכויות יוצרים © 2021 American Chemical Society