Proteini su radni konji koji obavljaju većinu bioloških funkcija u našim ćelijama. Dok su geni koje nasleđujemo od svojih roditelja, naš takozvani genom, fiksni i obično ostaju nepromenjeni tokom celog našeg života, proteini u našim telima se stalno menjaju, kako starimo, pod različitim zdravstvenim uslovima i nakon stimulacije, kao što je medicinski tretman.
Ovo čini praćenje proteina i njihovih molekularnih promena – proučavanje proteomike – korisnim za otkrivanje lekova, dijagnozu bolesti i upravljanje zdravljem. To bi takođe moglo jednog dana otvoriti vrata ka preciznoj medicini.
Janbao Ju, direktor proteomike na Odeljenju za hemiju i biohemiju Univerziteta Delaver, razvio je pojednostavljeni metod za pripremu uzoraka proteina za proteomičku analizu koji je brz, lak za upotrebu, jeftin i univerzalno kompatibilan sa drugim delovima procesa.
Iu i njegovi saradnici su izvestili o efikasnosti UD metode koja je na čekanju za patent u radu objavljenom 11. juna u časopisu Metode izveštaja ćelija.
Poznavanje broja ili sastava proteina u našim ćelijama može pomoći istraživačima da razumeju šta se dešava u našim telima, u određeno vreme ili čak tokom vremena. Na primer, prisustvo ili odsustvo određenih proteina može biti pokazatelj biologije osobe.
„Jednostavno govoreći, ako je protein prisutan samo kada su ljudi bolesni, onda se ovaj protein može koristiti kao indikator, ili biomarker, za bolest“, rekao je Ju.
Naučnici iz proteomike kao što je Iu koriste veoma osetljiv instrument koji se zove maseni spektrometar da bi odredili identitet specifičnih proteina. Obrada uzoraka krvi, tkiva ili drugog biološkog materijala kako bi bili kompatibilni i čitljivi pomoću masene spektrometrije je kritičan deo procesa.
Ovde dolazi Ju-in rad.
Iu-ov metod pojednostavljuje pripremu uzoraka na način koji je efikasan, efikasan i ekonomičan, trifekta koju on naziva E3. Zaštitio je metod na čekanju za patent preko Kancelarije za ekonomske inovacije i partnerstva UD (OEIP). CDS Analitical, LLC, vodeći dobavljač potrošnog materijala i instrumenata za pripremu uzoraka proteomike, ima ekskluzivnu licencu za puna komercijalna prava na patentiranu UD tehnologiju.
U kombinaciji sa membranom Empore kompanije CDS Analitical, ova metoda nudi jednostavnu za upotrebu, jeftiniju platformu za pripremu uzoraka za testiranje, u poređenju sa drugim proizvodima na tržištu. Tehnologija platforme se može koristiti na više uređaja za sakupljanje uzoraka, kao što su filteri, pipete, kertridži ili ploče.
„Ovo je zaista tehnika laka za upotrebu“, rekao je Iu. „Ne treba vam doktorska diploma da biste se osećali dovoljno samopouzdano da radite proteomiku. Učinili smo metod veoma robusnim i pouzdanim, tako da svaki laboratorijski naučnik može da uradi visokokvalitetne pripreme proteina.“
Proizvodi koji se koriste za pripremu ovih vrsta bioloških uzoraka su obično skupi. Jedan od ciljeva je bio da se učini pristupačnijim od onoga što je trenutno dostupno na tržištu, približavajući cenu proteomskih eksperimenata ceni genomskih eksperimenata, gde to može imati veliki uticaj na preciznu medicinu i troškove zdravstvene zaštite.
„Obrada je fokus naše tehnologije“, rekao je Ju. „Ako sada možemo da smanjimo troškove potrebnih hemijskih reagensa i zaliha, to može koristiti svim pacijentima u budućnosti ako se ovi testovi mogu uraditi pomoću masene spektrometrije.
Iu i njegove kolege su prvobitno izvršili benchmarking različitih formata i tipova uzoraka i potvrdili performanse tehnologije platforme na različitim uzorcima, od onih koji su bili složeni do uzoraka koji sadrže mali broj ćelija. Istraživački tim je u početku proučavao performanse platforme koristeći E. coli, bakteriju sa dobro poznatim proteomom.
Dalja istraživanja su potvrdila korisnost tehnologije za pripremu svih različitih vrsta uzoraka biološkog materijala za analizu, od močvarnih bakterija do gljivica, pljuvačke, tkiva ili ljudskih ćelija. Ukupni podaci su pokazali da su UD razvijena metoda i rezultirajuća tehnološka platforma ekvivalentne ili superiorne u odnosu na mnoge postojeće metode.
CDS Analitical je komercijalizovao i počeo da prodaje nove proizvode za pripremu uzoraka proteomike u decembru 2023.
„Drago nam je što imamo priliku da komercijalizujemo ovu revolucionarnu tehnologiju sa Univerziteta Delaver za varenje proteomike i srodne korake za rešavanje uskog grla u pripremi uzoraka proteomike“, rekao je menadžer odeljenja CDS Analitical Empore Guotao Lu.
„Zajedno sa tehnologijom StageTips linije CDS Analitical Empore i uređajem za obradu tečnosti MiniLab 5000, naš cilj je da napravimo jednokratno rešenje za pripremu proteomskih uzoraka od ćelija do LC-MS kako bismo poboljšali efikasnost i uštedeli troškove za proteomičku analizu i omogućiti naučnicima da efikasnije istražuju i razumeju biološke sisteme. Oduševljeni smo što možemo da doprinesemo ovoj revolucionarnoj tehnologiji proteomike, sa ciljem da ubrzamo naučna otkrića u dubokoj mehaničkoj biologiji čoveka kako bismo odgovorili na nezadovoljene medicinske potrebe pacijenata.
Odgovaranje na kritična biološka pitanja
UD molekularni biolog Mona Batish proučava biologiju RNK, jednolančanih molekula ribonukleinske kiseline koje stvara DNK u našim telima. Batish je koristio Ju-ov metod za identifikaciju proteina koji vezuju RNK (RBP) koji su u interakciji sa vrstom nekodirajuće RNK koja se nalazi u našim ćelijama koja se zove kružna RNK.
Kružna RNK može da opstane u telu tokom dugih vremenskih perioda, gde može regulisati ekspresiju gena, delovati kao supresori tumora i izazvati otpornost ili podložnost stvarima kao što je hemoterapija.
RBP-ovi, rekao je Batish, ključni su za mnoge ćelijske procese i na kraju pomažu da se odredi gde će se molekuli RNK lokalizovati i moći da obavljaju svoje funkcije u ćeliji. Želela je da bolje razume kako se kružna RNK vezuje za RBP, što je ključno za potpuno razumevanje potencijalne upotrebe kružnih RNK kao biomarkera ili terapeutskih meta za bolesti.
„Zamorno je pronaći proteine koji se vezuju za RNK, posebno kada su u malom izobilju, ali Ianbao-ova tehnologija je pomogla da se prevaziđe ovaj problem i dala nam je zaista dobre ciljne podatke“, rekao je Batiš. „Takođe je veoma ponovljiv, što je najveći faktor kada govorimo o bilo kom novom biološkom otkriću. Otkrili smo veoma dobru konzistentnost u uzorcima sa ovom novom tehnologijom, u poređenju sa onim što smo radili u prošlosti.“
UD geolog Clara Chan i Jessica Keffer, naučni saradnik u njenoj laboratoriji, rade sa bakterijama koje oksidiraju gvožđe koje proizvode rđu, a to su minerali sa mnogim važnim ekološkim funkcijama. Ove bakterije koje oksidiraju gvožđe nalaze se u zemljištu, močvarama, sistemima za prečišćavanje vode, sedimentima plaža, čak i na dnu okeana.
Istraživači žele da shvate koje proteine ove bakterije koje oksidiraju gvožđe koriste za formiranje minerala rđe, ali organizme je teško kultivisati i analizirati.
Ranija proteomička studija koju je uradila Chan laboratorija otkrila je vrlo malo proteina u celini, ostavljajući im ograničene podatke. Kefer je ranije koristio deterdžent da ih otvori kako bi oslobodio proteine i drugi materijal unutra, proces poznat kao liza ćelija. Ali ova metoda može dovesti do gubitka uzorka ako se ćelije ne razbiju kako treba ili ako deterdžent ima loše efekte na protein koji pokušavaju da oporave. Korišćenje centrifuge za sakupljanje ćelija okretanjem velikom brzinom takođe nije bila opcija.
To je čest problem. Minimiziranje gubitka uzoraka teško dostupnih uzoraka je ključni izazov, bilo da istraživači rade sa biološkim uzorcima ili uzorcima iz životne sredine.
„Proteini mogu lako da se adsorbuju ili zalepe za plastiku. Dakle, više pipetiranja i prenošenja tečnosti znači veći gubitak uzorka“, rekao je Ju. „U idealnom slučaju, želite da obradite tako dragocene uzorke u maloj količini u jednom uređaju.“
U radu, Iu demonstrira podatke o dokazima principa koristeći nekoliko hiljada ćelija kako bi pokazao da je to moguće uz poboljšanja metode razvijene UD.
Da bi se ovo pozabavilo Keferom, Ju je predložio da se preskoče koraci lize ćelija i da se umesto toga koristi poboljšana verzija tehnološke platforme njegovog tima za obavljanje reakcija i obrade direktno unutar ćelije.
Sa metodom razvijenom od UD, Keffer je uspela da povrati veliki broj peptida i proteina iz manje zapremine uzorka nego što je ikada ranije radila. To je obećavajući razvoj, jer to znači da u budućim studijama ona neće morati da raste toliko veliki broj ćelija da bi postigla kvalitetne podatke.
„U trenutnom skupu podataka sa kojim radim, otkrili smo oko 78 odsto ukupnih predviđenih proteina iz našeg organizma. To je više proteina nego što smo ikada videli u bilo kom prethodnom pokušaju“, rekao je Kefer. „Podaci su takođe bili veoma kvalitetni. Kada smo replicirali studije, podaci su bili veoma slični, što je važno da bismo mogli da budemo sigurni u ono što vidimo.“
Ova vrsta informacija ima potencijal da informiše šta istraživači znaju o tome da li drugi organizmi imaju ovu sposobnost stvaranja rđe ili da dovedu do tehnologija koje koriste ove proteine za stvaranje željenih promena u životnoj sredini ili za pravljenje novih materijala.
Chan je nazvao novu tehnološku platformu obećavajućom.
„Mogućnost da otkrijemo proteine i stvarnu količinu prisutnih proteina pomaže nam da donesemo zaključke o tome šta oni rade“, rekla je ona. „Ako to možemo da uradimo u kulturama koje ne rastu baš dobro, možda bismo mogli da odemo u životnu sredinu i dobijemo potpuniju sliku onoga što se dešava od onoga što nam trenutna ekološka proteomika može reći.
Sledeći koraci za Iu u ovom radu uključuju primenu tehnologije na više bioloških sistema i davanje odgovora na pitanja koja su relevantnija za ljudsko zdravlje, kao što su virusna infekcija i rak.
U budućnosti, Iu se nada da će te proizvode usvojiti i koristiti istraživači u zajednici proteomike, a potencijalno i kliničari ili zdravstveni tehničari kako bi svakodnevno obavljali dijagnozu i skrining na jednostavan i konzistentan način.
