Каждый день в нашем организме на клеточном уровне происходят миллионы биологических процессов. Изучение этих процессов может помочь нам узнать больше о том, как функционируют клетки, и эта область продолжает интриговать исследователей. Однако недавно в этой области появился новый игрок. Новый аналитический метод — обнаружение одиночной молекулы — получил распространение благодаря успешному наблюдению за конкретными, биологически значимыми молекулами и процессами, связанными с ними.

Ученые пытались использовать методы обнаружения отдельных молекул для изучения белков и их посттрансляционных модификаций (ПТМ). ПТМ представляют собой ферментативные изменения, наблюдаемые после синтеза белка, когда к аминокислотам в белке добавляются функциональные группы, что позволяет ему выполнять определенную функцию. Изучение PTM может помочь нам понять передачу сигналов клетками и происхождение некоторых заболеваний. Однако анализы, направленные на это, должны быть высокоселективными и специфичными к этому белку. Учитывая отсутствие чувствительности современных методов, получение измерений PTM с одной молекулой является сложной задачей.

Недавно исследователи из Токийского технологического института (Tokyo Tech) нашли «электризующий» способ преодоления этих ограничений. В своем недавнем прорыве, опубликованном в Журнале Американского химического общества , группа ученых во главе с доцентом Томоаки Нишино из Tokyo Tech сообщила об обнаружении одиночной молекулы фосфорилирования в пептидах — коротких цепочках аминокислот — и образовании ортофосфатный переход с помощью электронной подписи. Доктор Нишино объясняет: «Мы выбрали пептидное фосфорилирование, архетипический и биологически значимый ПТМ, для наших исследований обнаружения. Цель состояла в том, чтобы разработать инструмент, который мог бы обнаруживать даже малейшие изменения в химической структуре аминокислот».

Для начала команда изучила электронные свойства фосфорилированных пептидов, используя их неорганический аналог, ортофосфорную кислоту (H 3 PO 4 ). Они приготовили раствор фосфата (PO 4 3- ) и подвергли его методу разрыва соединения (BJ) с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Было обнаружено, что при пропускании тока между двумя золотыми электродами СТМ ортофосфатная группа перекрывает нанозазор между электродами, образуя стабильный переход из-за взаимодействия ее отрицательно заряженных атомов кислорода с золотом. Именно это соединение и его сигнатура побудили к дальнейшим экспериментам.

Было обнаружено, что одиночное ортофосфатное соединение обладает высокой проводимостью 0,4 G 0 и отличными электронными свойствами, последние из которых позволяют этой процедуре быть высокоспецифичной и точно обнаруживать рассматриваемый PTM (т.е. фосфорилирование). Для дальнейшего тестирования своей методики команда провела анализ фосфорилирования одной молекулы in situ , где они смогли различать фосфорилированные и нефосфорилированные пептиды с точностью 95% и специфичностью 91%.

Метод, продемонстрированный в этом исследовании, открывает неожиданную перспективу в мире PTM в белках. Этот новый метод также откроет новые возможности для использования одномолекулярного обнаружения ПТМ в клинической диагностике и фармацевтических применениях. «Существует прочная связь между фосфорилированием белков и патогенезом широкого спектра заболеваний. Наш метод позволит ученым понять, как фосфорилирование регулирует клеточные события, которые приводят к возникновению заболевания, и тем самым поможет в разработке методов лечения». заключает доктор Нишино.

Обнаружение на молекулярном уровне для крупномасштабной ликвидации болезней!