Haben Forscher das fehlende Glied gefunden, um eine einfache Proteinsequenzierung zu ermöglichen?

Unter Wissenschaftlern hat es einen regelrechten Wettlauf um die Entwicklung einer Technologie gegeben, die eine einfache Proteinsequenzierung ermöglicht. Giovanni Maglia, Professor für chemische Biologie an der Universität Groningen, hat nun das fehlende Puzzleteil gefunden: eine Möglichkeit, ein Protein durch eine Nanopore zu transportieren, was die Sequenzierung von Proteinen in einem einfachen Handgerät ermöglicht.

Die DNA-Sequenzierung hat unser Verständnis des Lebens revolutioniert, und die Sequenzierung von Proteinen ist der nächste heilige Gral. Maglia erklärt: „DNA ist größtenteils statisch. Die Prozesse in unseren Zellen werden von Proteinen ausgeführt: Sie erledigen die eigentliche Arbeit. Und wenn wir Proteine ​​verstehen, werden wir noch mehr darüber verstehen, wie unser Körper funktioniert.“

Das Problem, Proteine ​​durch ein Loch zu ziehen

Derzeit sind Handgeräte auf dem Markt, die DNA sequenzieren können. Diese Geräte nutzen die Nanoporen-Technologie: Ein einzelner DNA-Strang wird durch ein winziges Loch (eine Nanopore) in einer Membran gezogen, und beim Durchgang kann die Reihenfolge der Bausteine ​​im DNA-Strang „gelesen“ werden.

Es gab Schritte, die gleiche Nanoporentechnologie auf Proteine ​​anzuwenden, aber es war noch nicht möglich, ein langes Protein auf die gleiche Weise wie einen DNA-Strang durch das winzige Loch zu transportieren. „Es ist wie gekochte Spaghetti“, erklärt Maglia. „Diese langen Stränge wollen desorganisiert werden, sie wollen nicht durch dieses winzige Loch geschoben werden.“

Einzelsträngige DNA ähnelt auch ein wenig gekochten Spaghetti, kann aber mit einem elektrischen Feld durchgezogen werden, da die DNA selbst elektrisch geladen ist. Proteine ​​sind jedoch schwächer geladen und können entweder eine positive oder eine negative Ladung tragen. „Proteine ​​und DNA sind unterschiedlich“, erklärt Maglia, „daher muss die Technologie angepasst werden.“

Mit dem „Flow“ gehen

Um ein Protein durch eine Nanopore zu transportieren, verwendete Maglia eine Lösung elektrisch geladener Teilchen (Ionen), die mit einem elektrischen Feld durch die Nanopore gezogen werden können. Wenn dies geschieht, schleppen sie das Protein mit. Dass das funktionierte, war gar nicht so einfach, erklärt Maglia: „Wir wussten nicht, ob der Fluss stark genug sein würde. Darüber hinaus wollen sich diese Ionen in beide Richtungen bewegen, aber indem sie viel Ladung an der Nanopore selbst anbringen, Wir konnten es richtungsweisend gestalten.“

Maglia hat ein System mit größtmöglicher Strömung ohne Proteine ​​entwickelt. In Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Tor Vergata in Rom wurden Computersimulationen durchgeführt, die zeigten, dass die Kraft dieses Flusses auf ein Protein mit der Kraft des elektrischen Feldes auf DNA vergleichbar war. Maglia versuchte es dann an einem schwierigen Protein: einem mit vielen negativen Ladungen, die dazu führen würden, dass es sich in die entgegengesetzte Richtung des Flusses bewegen möchte. Aber selbst dann war die Strömung stark genug, um das Protein durch die Nanopore zu ziehen.

„Früher wurden nur einfach einzufädelnde Proteine ​​analysiert. Aber wir haben uns selbst eines der schwierigsten Proteine ​​zum Test gemacht. Und es hat funktioniert! Das beweist, dass es keine grundsätzliche Einschränkung mehr bei der Sequenzierung von Proteinen gibt“, sagt Maglia. Mit seinem neuen Startup namens Portal Biotech will Maglia die Nanoporen-Technologie aus seinem Labor Anwendern wie Laboren und Ärzten zugänglich machen. „Mit diesem neuesten Forschungsergebnis haben wir das fehlende Teil, das wir brauchten, um die Proteinsequenzierung durchzuführen.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturbiotechnologie.