Zo ongeveer functioneert de nanoporietechniek voor het uitlezen van DNA (links)
Met behulp van nanoporiën en elektromagnetische velden (veldjes) kun je de basenvolgorde van het DNA bepalen. Nu schijnt die techniek ook geschikt te zijn om de aminozuurvolgorde van eiwitten te bepalen. Zo krijgen we weer een klein beetje beter zicht op dat ingewikkelde ‘breiwerk’ dat cel heet.
DNA codeert voor eiwitten, de werkpaarden in een cel, maar hoe dat eiwit er gaat uitzien kun je niet alleen van de DNA-code aflezen. “Onderweg verandert er veel. De eiwitten worden samengevoegd, chemisch veranderd en nog zo wat”, zegt Aleksei Aksimentjev van de universiteit van Illinois. DNA is niet zo ingewikkeld. Het bestaat maar uit vier bouwstenen (basen). Het molecuul is gemaakt om te kopiëren. Dat geldt niet voor eiwitten. Die bestaan uit een reeks van twintig aminozuren. Er is geen natuurlijke machine om de aminozuurvolgorde van die eiwitten uit te lezen of om ze te kopiëren.
Aksimentjev: “Dan lijken veel van die twintig aminozuren ook nog op elkaar. Zo hebben leucine en isoleucine dezelfde atomen en dezelfde atoommassa, maar zijn de atomen op een iets andere manier met elkaar verbonden.”
Nanoporiën, populair gezegd een plaat/membraan met piepkleine gaatjes, worden veel gebruikt om de basenvolgorde van DNA te bepalen. Tot nu toe dachten wetenschappers dat de verschillen in (elektrische) eigenschappen tussen de diverse aminozuren te klein zijn om ze uit elkaar te houden, maar de huidige studie zou hebben aangetoond dat dat een misvatting moet zijn.
Membraankanaal
Aerolysine is een bacterieel porie-eiwit (afb: WikiMedia Commons)
De onderzoekers gebruikten een membraankanaal dat bacteriën van nature maken, aerolysine, als hun nanoporie. Zowel in rekenmodellen als in het ‘natte werk’ hakten ze de eiwitten in stukken en gebruikten een chemische drager om de aminozuren door de ‘gaatjes’ te halen. Het dragermolecuul hield het aminozuur lang genoeg in de porie om de verschillen in elektrische eigenschappen te meten, en mat zelfs verschillen tussen tussen leucine en isoleucine.
“Dat geeft vertrouwen dat de nanoporietechnologie in staat is de aminozuurvolgorde te bepalen”, zegt medeonderzoeker Abdelghani Oukhaled. De metingen zijn precies genoeg om afwijkingen in de eiwitopbouw te bepalen, stelt Aksimentjev. “Dit is een bewijs dat het kan. Nu moet je eiwitten karakteriseren met behulp van massaspectrometrie, maar daarmee bepaal je niet de aminozuurvolgorde. Daarmee vergelijk je een meting met wat er in databanken bekend is. Daarmee vallen afwijkingen ook lastig te ontdekken.
De aerolysinekanalen zouden simpelweg geïntegreerd kunnen worden in bestaande nanoporiesystemen. De onderzoekers moeten nu nog wel iets verzinnen om de volgorde van de aminozuren te bepalen als ze van het eiwit worden gesneden.
Ze bekijken ook andere toepassingen voor hun systeem. Aksimentjev: “Dat zou een combinatie kunnen zijn met immuuntests om belangrijke eiwitten eruit te vissen en daar dan de volgorde van bepalen. Dat vertelt ons dan of ze veranderd zijn of niet. Dat zou een diagnose-instrument kunnen worden. Waarschijnlijk kunnen we op een dag met dit soort technieken de hele moleculaire inhoud van een cel bepalen tot op de afzonderlijke atomen.”
Bron: EurekAlert