Wetenschappers identificeren complete menselijke eiwitten met nieuwe techniek

In een studie gepubliceerd in Nanotechnologie uit de natuur Wetenschappers van de TU Delft presenteren een nieuwe techniek voor het herkennen van eiwitten. Eiwitten vervullen essentiële functies in onze cellen en spelen een cruciale rol bij ziekten zoals kanker en COVID-19-infectie. Onderzoekers identificeren eiwitten door de vingerafdruk te lezen en deze vervolgens te vergelijken met patronen in een database. Met deze technologie kunnen onderzoekers hele eiwitten identificeren, terwijl ze intact blijven en informatie behouden blijft. De ontwikkeling helpt de mechanismen achter verschillende ziekten bloot te leggen en maakt eerdere diagnoses mogelijk.

Onvoltooid IKEA-project
“De studie van eiwitten in cellen is al tientallen jaren een veelbesproken onderwerp en heeft enorme vooruitgang geboekt. “Onderzoekers hebben een veel beter idee gekregen van welke soorten eiwitten er bestaan ​​en welke functies ze vervullen”, zegt Mike Filius, eerste auteur van het artikel. Tegenwoordig gebruiken wetenschappers vaak een techniek genaamd massaspectrometrie om eiwitten te identificeren. De meest gebruikte massaspectrometriemethode is de ‘bottom-up’-methode, waarbij hele eiwitten in kleinere fragmenten worden gesneden, peptiden genaamd, die vervolgens worden gemeten met de massaspectrometer. Een computer reconstrueert het eiwit op basis van gegevens uit deze kleine fragmenten. Filius: “Dit lijkt een beetje op een typisch IKEA-project, waarbij je altijd een heleboel extra stukjes overhoudt waarvan je niet zeker weet hoe ze in elkaar passen. Maar in het geval van eiwitten kunnen deze stukjes heel waardevolle informatie bevatten. Bijvoorbeeld: ‘of het eiwit wel of niet een schadelijke structuur heeft die ziekten veroorzaakt.’

De eiwitvingerafdruk
“Om een ​​eiwit te identificeren is het niet nodig om alle aminozuren, de basiscomponenten van elk eiwit, te kennen. In plaats daarvan proberen we voldoende informatie te verkrijgen om het eiwit te kunnen identificeren met behulp van een database als referentie, net zoals de politie een verdachte kan identificeren aan de hand van een vingerafdruk”, legt Filius uit. “In eerdere publicaties hebben we laten zien dat elk eiwit een unieke vingerafdruk heeft, net als de menselijke variant. We realiseerden ons dat we van alle aminozuren van een eiwit maar een klein deel hoeven te weten, waarna we het kunnen vergelijken met alle tot nu toe bekende eiwitten”, vertelt Raman van Wee, promovendus betrokken bij het onderzoek.

Eiwitten in een hooiberg
“Deze aminozuren kunnen we detecteren met lichtgevende moleculen onder een microscoop, bevestigd aan kleine stukjes DNA die heel specifiek binden aan bepaalde aminozuren”, legt Van Wee uit. Op deze manier kan het team een ​​aantal aminozuren zeer snel en met grote precisie identificeren om de structuur van het eiwit te bepalen. “Want de gevoeligheid van deze nieuwe techniek, genaamd FRET, is belangrijk omdat dit ook geldt voor normale cellen en dus voor een monster van een patiënt in geval van ziekte. “In ons artikel laten we zien dat we kleine hoeveelheden eiwitten kunnen detecteren die kenmerkend zijn voor de ziekte van Parkinson en een COVID-19-infectie”, vervolgt Filius. “Hoewel andere methoden voor het identificeren van eiwitten worden onderzocht, is onze techniek de enige die hele, individuele eiwitten in een mengsel van vele andere moleculen kan identificeren. We kunnen zoeken naar een speld in een hooiberg”, vult Van Wee aan.

Nieuwe technologie om individuele menselijke eiwitten van volledige lengte te identificeren (conceptvideo)

Eerdere diagnose van ziekten.
Hoewel het onderzoek veelbelovend is, moet het Chirlmin Joo-lab de techniek nog verder ontwikkelen voordat deze op grotere schaal kan worden toegepast. De onderzoeksgroep sprak met diverse stakeholders uit klinische laboratoria en de biofarmaceutische industrie. De groep was enthousiast over het innovatieve potentieel van deze technologie. De onderzoekers werken ook aan een nieuwe onderneming om van FRET X een platform te maken voor zeer gevoelige eiwitherkenning. Dit platform kan ziekten in de vroegste stadia detecteren en de effectiviteit van mogelijke behandelingen verbeteren.
“Deze innovatieve techniek ontcijfert de eiwitcode en biedt een veelbelovende manier om ziekten eerder op te sporen”, zegt Chirlmin Joo, projectbegeleider. Dit was mogelijk dankzij een grote bereidheid om samen te werken. “We willen graag iedereen in onze groep bedanken die heeft deelgenomen aan het onderzoek, evenals onze externe collega’s, waaronder de laboratoria van Martin Pabst van de afdeling Biotechnologie, Dick de Ridder (Wageningen Universiteit) en Geert-Jan Boons (Utrecht). Universiteit)”, besluit Filius.