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Nanopores - a chave a identificar ácidos aminados nas proteínas

Arranjar em seqüência do ADN e do RNA transformou-se a palavra nova para os pesquisadores biológicos, como este diz lhes exactamente o que está acontecendo a nível celular na saúde e na doença. Contudo, é uma revelação parcial a menos que nós igualmente conhecermos o que está acontecendo a nível de proteínas também. Isto podia logo acontecer, de acordo com um estudo novo publicado na biotecnologia da natureza do jornal o 16 de dezembro de 2019. Os pesquisadores usaram nanopores para identificar muitos dos ácidos aminados que compo todas as proteínas naturais no mundo. Este é um avanço grande para poder encontrar a seqüência em que são encontrados dentro das proteínas.

Nesta simulação computorizada, uma parcela de uma proteína move-se através de um nanopore do aerolysin. Os pesquisadores usaram as simulações detalhadas que traçaram cada átomo, e confirmaram seus resultados experimental. Crédito: Aleksei Aksimentiev
Nesta simulação computorizada, uma parcela de uma proteína move-se através de um nanopore do aerolysin. Os pesquisadores usaram as simulações detalhadas que traçaram cada átomo, e confirmaram seus resultados experimental. Crédito: Aleksei Aksimentiev

ADN que arranja em seqüência contra arranjar em seqüência da proteína

Conhecer as diferenças entre o ADN que arranja em seqüência e arranjar em seqüência da proteína é crucial compreender como as carroçarias. O ADN e sua cópia transcrita, o RNA, contêm o modelo codificado para cada proteína que pode ser produzida no organismo, mesmo se estão produzidos realmente ou não. Estes ácidos nucleicos são conseqüentemente reflexões do potencial de cada pilha sintetizar proteínas.

Por outro lado, os produtos da proteína criados pelos genes são os laboriosos reais que fazem o trabalho real da pilha. Estas proteínas são criadas de acordo com o teste padrão ou a seqüência básica das amino bases da ácido-codificação estabelecidas no ADN, mas são distante mais do que apenas uma corrente dos ácidos aminados. São alterados intensiva depois que o trabalho fundamental de emendar junto a seqüência direita dos ácidos aminados é feito. Esta corrente quimicamente é alterada então, cortada e emendada, dobrado em diversos testes padrões complexos, e assim por diante. Isto é como o produto final real da proteína é formado.

A molécula do ADN é um molde para fazer cópias dse, e este processo é conseqüentemente comparativamente directo. Por outro lado, as proteínas são projectadas ser criadas pela maquinaria da pilha em um processo de um a um. Isto faz difícil agitar para fora cópias das proteínas assim como lê-las.

Há 20 ácidos aminados nas proteínas, comparadas a somente 4 bases no ADN. Cada um dos 20 é igualmente capaz de submeter-se alterações para tornar-se ligeira diferente, quando a proteína for produzida e dobrada. Os ácidos aminados como a leucina e o isoleucine são igualmente mais difíceis de diferenciar-se que seu peso molecular e sua composição atômica são idênticos, mas os átomos são posicionados diferentemente.

Arranjar em seqüência de Nanopore

Para arranjar em seqüência o ADN, os nanopores são amplamente utilizados. Nanopores é canais minúsculos da proteína que fazem parte de uma membrana. Pensou-se que os ácidos aminados diferiram demasiado ligeira de se a ser identificado usando nanopores, mas o estudo actual mostra que podem.

Como um nanopore, os pesquisadores usaram um canal da membrana chamado aerolysin, natural nas bactérias. Fizeram uma experiência bipartido usando o computador que modela e experiências laboratório-baseadas reais. Nos últimos, mmoeram a proteína muito fina e aplicaram então um portador químico para forçar os ácidos aminados nos bits da proteína no nanopore ou no canal.

A corrida de simulações nesta situação mostrou a presença de um bolso inerente que coubesse apenas uma molécula no aerolysin. Isto prende um único ácido aminado limitado ao portador dentro da região de detecção dos nanopore.

A vantagem de usar a molécula do portador é que mantem os ácidos aminados suficientemente longos no nanopore que os potenciais elétricos ligeiros mas distintivos, ou as correntes iónicas, produzidas por cada ácido aminado, para ser registrado.

Os resultados e a continuação

Os resultados eram excitantes: o dispositivo rendeu tais medidas sensíveis que poderia identificar 13/20 dos ácidos aminados na natureza. Mostrou o potencial identificar centenas de ácidos aminados alterados em seu formulário actual. Contudo, diz o líder Aleksei Aksimentiev do estudo, formulários diferentes do nanopore pode ser usado para aumentar ainda mais a largura da detecção.

Os pesquisadores igualmente alteraram a ferramenta da medida para aumentar a sensibilidade da detecção de ácidos aminados alterados. Igualmente testaram os efeitos quimicamente de tratar a proteína primeiramente para facilitá-la distinguir entre ácidos aminados diferentes. Isto podia ajudá-los a identificar todos os 20 ácidos aminados no futuro.

Implicações e sentidos futuros

O trabalho actual é descrito como somente “uma exibição do estudo do prova--conceito que nós podemos identificar os ácidos aminados diferentes.”

Em contraste com o método actualmente usado chamou a espectrometria em massa, que confia em comparar a amostra que está sendo analisada à biblioteca existente das amostras, para encontrar um fósforo, mas falta a potência determinar realmente a seqüência, o uso dos nanopores pode detectar formulários ou variações novas da proteína, e identifica assim mutações novas nos genes da codificação. Diz Aksimentiev, “com nanopores, nós finalmente poderia olhar aquelas alterações que não foram estudadas ainda.”

O pesquisador Abdelghani Oukhaled descreve o efeito da pesquisa: “Este trabalho constrói a confiança e tranquiliza a comunidade do nanopore que arranjar em seqüência da proteína é certamente possível.”

O benefício de usar o aerolysin como o nanopore é que pode facilmente ser cabido nas instalações existentes do nanopore, fazendo o quase pronto para uso por outros cientistas. O desafio seguinte para os pesquisadores é considerar se podem arranjar em seqüência a proteína identificando os ácidos aminados na forma por etapas, como cada um deles é isolado da proteína por ordem da ocorrência.

Outras aplicações estão sendo ferventadas com especiarias igualmente sobre, como a utilização de uma combinação de nanopores com os immunoassays para seleccionar somente aquelas proteínas que estão sendo estudadas, e para arranjar em seqüência selectivamente estes. O alvo é compreender se estas proteínas foram transformadas ou são intactos, ajudando com diagnóstico clínico.

Os pesquisadores são certamente entusiasmado na precisão cada vez mais minúscula com que podem agora definir moléculas biológicas. Dizem, “muito provavelmente, um dia nós poderemos dizer para baixo a composição molecular da pilha - o que nós somos feitos, ao nível de átomos individuais.”

Journal reference:

Ouldali, H., Sarthak, K., Ensslen, T. et al. Electrical recognition of the twenty proteinogenic amino acids using an aerolysin nanopore. Nat Biotechnol (2019) doi:10.1038/s41587-019-0345-2, https://www.nature.com/articles/s41587-019-0345-2

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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