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Nanopores - la llave a determinar los aminoácidos en proteínas

La secuencia de la DNA y del ARN se ha convertido en el nuevo santo y seña para los investigadores biológicos, como ésta les informa exactamente qué está continuando en el nivel celular en salud y enfermedad. Sin embargo, es una revelación parcial a menos que también conozcamos qué está suceso en el nivel de proteínas también. Esto podía pronto suceso, según un nuevo estudio publicado en la biotecnología de la naturaleza del gorrón el 16 de diciembre de 2019. Los investigadores utilizaron nanopores para determinar muchos de los aminoácidos que componen todas las proteínas naturales en el mundo. Esto es un avance grande hacia poder encontrar la serie en la cual los encuentran dentro de las proteínas.

En esta simulación por ordenador, una porción de una proteína se mueve a través de un nanopore del aerolysin. Los investigadores utilizaron las simulaciones detalladas que correlacionaron cada átomo, y confirmaron sus conclusión experimental. Haber: Aleksei Aksimentiev
En esta simulación por ordenador, una porción de una proteína se mueve a través de un nanopore del aerolysin. Los investigadores utilizaron las simulaciones detalladas que correlacionaron cada átomo, y confirmaron sus conclusión experimental. Haber: Aleksei Aksimentiev

DNA que ordena comparado con la secuencia de la proteína

Conocer las diferencias entre la DNA que ordena y secuencia de la proteína es crucial entender cómo los trabajos corporales. La DNA y su copia transcrita, el ARN, contienen la heliografía codificada para cada proteína que se pueda producir en el organismo, independientemente de si están producidas real o no. Estos ácidos nucléicos son por lo tanto reflexiones del potencial de cada célula de sintetizar las proteínas.

Por otra parte, los productos de la proteína creados por los genes son los caballos de labranza reales que hacen el trabajo real de la célula. Estas proteínas se crean de acuerdo con la configuración o la serie básica de las bases amino de la ácido-codificación colocadas en la DNA, pero están lejos más que apenas una cadena de aminoácidos. Se modifican intensivo después de que el trabajo fundamental de empalmar junto la serie correcta de aminoácidos se haga. Esta cadena entonces químicamente se altera, se corta y se empalma, doblado en varias configuraciones complejas, y así sucesivamente. Éste es cómo se forma el producto final real de la proteína.

La molécula de la DNA es un patrón para hacer copias de sí mismo, y este proceso es por lo tanto comparativamente directo. Por otra parte, las proteínas se diseñan para ser creadas por la maquinaria de la célula en un proceso de uno a uno. Esto hace difícil agitar fuera copias de proteínas así como leerlas.

Hay 20 aminoácidos en las proteínas, comparadas a solamente 4 bases en la DNA. Cada uno de los 20 es también capaz de experimentar cambios para llegar a ser ligeramente diferente, mientras que se está produciendo y se está doblando la proteína. Los aminoácidos como la leucina y la isoleucina son también más difíciles de distinguir en que su peso molecular y su composición atómica son idénticos, pero los átomos se colocan diferentemente.

Secuencia de Nanopore

Para ordenar la DNA, los nanopores son ampliamente utilizados. Nanopores es canales minúsculos de la proteína que forman la pieza de una membrana. Fue pensado que los aminoácidos difirieron demasiado ligeramente de uno a que se determinará usando nanopores, pero el actual estudio muestra que pueden.

Como nanopore, los investigadores utilizaron un canal de la membrana llamado aerolysin, natural en bacterias. Hicieron un experimento bipartito usando la computador que modelaba y los experimentos laboratorio-basados reales. En estes último, esmerilaron la proteína muy fina y después aplicaron una onda portadora química para forzar los aminoácidos en las brocas de la proteína en el nanopore o el canal.

La corrida de simulaciones en esta situación mostró la presencia de una cavidad inherente que ajusta apenas una molécula en el aerolysin. Esto atrapa un único aminoácido limitado a la onda portadora dentro de la región que detecta de los nanopore.

La ventaja de usar la molécula de la onda portadora es que mantiene los aminoácidos suficientemente largos el nanopore que los potenciales eléctricos ligeros pero distintivos, o las corrientes iónicas, producidas por cada aminoácido, para ser registrado.

Las conclusión y la continuación

Los resultados eran impresionantes: el dispositivo rindió tales mediciones sensibles que podría determinar 13/20 de los aminoácidos en naturaleza. Mostró el potencial de determinar centenares de aminoácidos modificados en su actual forma. Sin embargo, dice al líder Aleksei Aksimentiev del estudio, diversas formas del nanopore puede ser utilizado para aumentar la anchura de la detección aún más.

Los investigadores también modificaron la herramienta de la medición para aumentar la sensibilidad de la detección de aminoácidos modificados. También probaron los efectos químicamente de tratar la proteína primero para hacerla más fácil distinguir entre diversos aminoácidos. Esto podía ayudarles para determinar los 20 aminoácidos en futuro.

Implicaciones y direcciones futuras

El trabajo actual se describe como solamente “demostración del estudio del prueba-de-concepto que podemos determinar los diversos aminoácidos.”

En contraste con el método actualmente usado llamó la espectrometría de masa, que confía en comparar la muestra que es analizada a la biblioteca existente de muestras, para encontrar un fósforo, pero falta la potencia de determinar real la serie, el uso de nanopores puede descubrir nuevas formas o variantes de la proteína, y determina así nuevas mutaciones en los genes de la codificación. Dice Aksimentiev, “con los nanopores, nosotros finalmente podría observar esas modificaciones que todavía no se han estudiado.”

El investigador Abdelghani Oukhaled describe el efecto de la investigación: “Este trabajo construye confianza y tranquiliza a la comunidad del nanopore que la secuencia de la proteína es de hecho posible.”

La ventaja de usar aerolysin como el nanopore es que puede ser ajustada fácilmente en las instalaciones existentes del nanopore, haciéndolo casi listo para utilizar por otros científicos. El reto siguiente para los investigadores es considerar si pueden ordenar la proteína determinando los aminoácidos en la moda de manera gradual, como cada uno de ellos se aísla de la proteína en orden de acontecimiento.

Otros usos también se están reflexionando sobre encima, por ejemplo usar una combinación de nanopores con immunoensayos para escoger solamente esas proteínas se estén estudiando que, y para ordenar éstos selectivamente. El objetivo es entender si estas proteínas se han transformado o están intactas, ayudando con diagnosis clínica.

Los investigadores son de hecho emocionados en la exactitud cada vez más minuciosa con la cual pueden ahora definir las moléculas biológicas. Dicen, “muy probablemente, un día podremos informar el maquillaje molecular de la célula - qué nos hacen, hacia abajo al nivel de átomos individuales.”

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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