новини

Імітація фізіологічних умов допомагає дослідникам знаходити металеві сполучні речовини

Дослідники розробили метод ідентифікації малих молекул, які зв’язують іони металів. Іони металів необхідні в біології. Але визначити, з якими молекулами — і особливо з якими малими молекулами — взаємодіють ці іони металів, може бути складно.

Щоб відокремити метаболіти для аналізу, звичайні метаболомічні методи використовують органічні розчинники та низький рН, що може призвести до дисоціації комплексів металів. Пітер К. Доррестайн з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та його колеги хотіли зберегти комплекси разом для аналізу, імітуючи природний стан клітин. Але якби вони використовували фізіологічні умови під час поділу молекул, їм довелося б повторно оптимізувати умови поділу для кожного фізіологічного стану, який вони хотіли перевірити.

Натомість дослідники розробили двоетапний підхід, який вводить фізіологічні умови між звичайним хроматографічним розділенням і мас-спектрометричним аналізом (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Спочатку вони відокремили біологічний екстракт за допомогою звичайної високоефективної рідинної хроматографії. Потім вони відрегулювали рН потоку, що виходить з хроматографічної колонки, щоб імітувати фізіологічні умови, додали іони металу та проаналізували суміш за допомогою мас-спектрометрії. Вони двічі провели аналіз, щоб отримати мас-спектри малих молекул з металами та без них. Щоб визначити, які молекули зв’язують метали, вони використали обчислювальний метод, який використовує форми піків для висновку про зв’язки між спектрами зв’язаних і незв’язаних версій.

Одним із способів подальшої імітації фізіологічних умов, каже Доррестайн, було б додати високі концентрації іонів, таких як натрій або калій, і низькі концентрації цікавого металу. «Це стає конкурсним експериментом. Він, по суті, скаже вам: гаразд, ця молекула за таких умов має більшу схильність зв’язувати натрій і калій або цей унікальний метал, який ви додали», — каже Доррестайн. «Ми можемо вливати багато різних металів одночасно, і ми дійсно можемо зрозуміти перевагу та вибірковість у цьому контексті».

У культуральних екстрактах Escherichia coli дослідники виявили відомі сполуки, що зв’язують залізо, такі як ієрсиніабактин і аеробактин. У випадку ієрсиніабактину вони виявили, що він також може зв’язувати цинк.

Дослідники ідентифікували сполуки, що зв’язують метали, у зразках, такі ж складні, як розчинена органічна речовина з океану. «Це один із найскладніших зразків, які я коли-небудь бачив», — каже Доррестайн. «Ймовірно, це так само складно, як, якщо не складніше, ніж сира нафта». Метод ідентифікував домоїнову кислоту як молекулу, що зв’язує мідь, і припустив, що вона зв’язує Cu2+ як димер.

«Підхід omics для ідентифікації всіх метаболітів, що зв’язують метали, у зразку є надзвичайно корисним через важливість біологічного хелатування металів», — пише Олівер Баарс, який вивчає метаболіти, що зв’язують метали, що виробляються рослинами та мікробами в Університеті штату Північна Кароліна. електронною поштою.

«Доррестайн і його колеги пропонують елегантний, дуже потрібний аналіз, щоб краще визначити, якою може бути фізіологічна роль іонів металів у клітині», — пише в електронному листі Альберт Дж. Р. Хек, піонер аналізу нативної мас-спектрометрії в Утрехтському університеті. «Можливим наступним кроком було б витягти метаболіти з клітини в нативних умовах і фракціонувати їх також у нативних умовах, щоб побачити, які метаболіти несуть які ендогенні клітинні іони металу».

Хімічні та інженерні новини
ISSN 0009-2347
Авторське право © 2021 Американське хімічне товариство