новини

Имитирането на физиологични условия помага на изследователите да намерят метални свързващи вещества

Изследователите са разработили метод за идентифициране на малки молекули, които свързват метални йони. Металните йони са от съществено значение в биологията. Но идентифицирането с кои молекули - и особено с кои малки молекули - взаимодействат тези метални йони, може да бъде предизвикателство.

За да се разделят метаболитите за анализ, конвенционалните метаболомични методи използват органични разтворители и ниско pH, което може да доведе до дисоциация на метални комплекси. Pieter C. Dorrestein от Калифорнийския университет в Сан Диего и колеги искаха да запазят комплексите заедно за анализ, като имитират естествените условия, открити в клетките. Но ако са използвали физиологични условия по време на разделянето на молекулите, те ще трябва да преоптимизират условията на разделяне за всяко физиологично състояние, което са искали да тестват.

Вместо това, изследователите разработиха двуетапен подход, който въвежда физиологични условия между конвенционално хроматографско разделяне и масспектрометричен анализ (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Първо, те отделиха биологичен екстракт с помощта на конвенционална високоефективна течна хроматография. След това регулират рН на потока, излизащ от хроматографската колона, за да имитират физиологичните условия, добавят метални йони и анализират сместа с масспектрометрия. Те проведоха анализа два пъти, за да получат масови спектри на малки молекули със и без метали. За да идентифицират кои молекули свързват метали, те използваха изчислителен метод, който използва пикови форми, за да заключи връзките между спектрите на свързаните и несвързаните версии.

Един от начините за по-нататъшно имитиране на физиологичните условия, казва Дорестейн, би бил да се добавят високи концентрации на йони като натрий или калий и ниски концентрации на метала, който представлява интерес. „Това се превръща в състезателен експеримент. По принцип ще ви каже, ОК, тази молекула при тези условия има по-голяма склонност да свързва натрий и калий или този единствен метал, който сте добавили,” казва Дорестайн. „Можем да влеем много различни метали едновременно и наистина можем да разберем предпочитанията и селективността в този контекст.“

В екстракти от култури от Escherichia coli изследователите идентифицираха известни съединения, свързващи желязо, като йерсиниабактин и аеробактин. В случая с йерсиниабактин те откриха, че той може да свързва и цинка.

Изследователите идентифицираха свързващи метали съединения в проби, толкова сложни, колкото разтворената органична материя от океана. „Това е абсолютно една от най-сложните проби, които някога съм разглеждал“, казва Дорестайн. „Вероятно е толкова сложен, колкото, ако не и по-сложен от суровия петрол.“ Методът идентифицира домоенова киселина като мед-свързваща молекула и предполага, че тя свързва Cu2+ като димер.

„Подходът omics за идентифициране на всички метал-свързващи метаболити в проба е изключително полезен поради важността на биологичното метално хелиране“, пише Оливър Баарс, който изучава метал-свързващи метаболити, произведени от растения и микроби в Държавния университет на Северна Каролина имейл.

„Dorrestein и колегите предоставят елегантен, много необходим анализ за по-добро изследване на физиологичната роля на металните йони в клетката“, пише в имейл Алберт Дж.Р. Хек, пионер в естествените масспектрометрични анализи в университета в Утрехт. „Една възможна следваща стъпка би била да се извлекат метаболитите при естествени условия от клетката и да се фракционират и при естествени условия, за да се види кои метаболити носят какви ендогенни клетъчни метални йони.“

Химически и инженерни новини
ISSN 0009-2347
Авторско право © 2021 Американско химическо общество