Профессор Амит Меллер из Технологического института Технион — Израильского технологического института разработал технологию, которая значительно продвинулась в направлении быстрого анализа протеома. Это открытие имеет далеко идущие последствия как для фундаментальных исследований, так и для диагностики заболеваний.
В статье 2023 года в журнале Nature были определены семь наиболее важных новых технологий, за которыми стоит следить — на первом месте оказалось секвенирование белков одной молекулы. В статье подчёркивается ключевой вклад исследовательской группы профессора Меллера в продвижение ключевых технологий в направлении коммерциализации систем секвенирования белков, что прокладывает путь для настоящей революции в биологических и медицинских исследованиях.
Почему это важно
Белки — фундаментальные строительные блоки организма, их быстрая и точная идентификация имеет решающее значение для понимания здоровья человека и болезней. Профессор Меллер в статье, опубликованной в Nature Nanotechnology, сообщает о прорыве, который значительно приблизил эту перспективу к реальности.
Профессор Меллер вместе с научным сотрудником доктором Нираджем Сони возглавляет исследования на факультете биомедицинской инженерии и факультете биологии, а также является членом Института нанотехнологий Рассела Берри (RBNI) в Технионе. Исследования проводились в сотрудничестве с учёными из Университета Иллинойса и Университета Райса.
Как работает технология
Технология профессора Меллера использует уникальный подход — картирование биологических молекул с помощью синтетических нанометровых пор, изготовленных с использованием передовых нанотехнологий, для идентификации «отпечатков пальцев» целых белков.
Существующие методы уже могут обнаруживать белки, проходящие через нанопоры, но для идентификации отдельных белков требуется использование сложных молекулярных моторов для замедления движения белка или разработка антител для каждого белка — процессы, которые ограничивают их чувствительность и увеличивают стоимость анализа.
Технология профессора Меллера упрощает анализ белков, позволяя точно контролировать движение белка через нанопору с помощью механизма stick–slip — чередования быстрой адгезии и скольжения. Когда каждый белок проходит через пору, система записывает ионный ток, генерируя отличительный электрический «отпечаток пальца», уникальный для этой молекулы.
Модель машинного обучения (ML) затем декодирует эти сигнатуры тока для идентификации белков со скоростью, на несколько порядков превышающей текущие методы. Прохождение каждого белка занимает лишь долю секунды, что позволяет проводить идентификацию практически в режиме реального времени.
Учитывая, что в одной клетке человека содержится миллионы белков, этот подход представляет собой потенциальный прорыв в комплексном анализе протеома.
Исследование было сосредоточено на аминокислоте цистеине, которая необходима для многих физиологических функций в клетках и организме. Поскольку около 97% человеческих белков содержат цистеин или цистеиновые остатки, этот подход применим почти ко всему протеому.
Кроме того, технология не ограничивается конкретной аминокислотой, и команда уже работает над её расширением для включения многих других, в том числе тех, которые подвергаются посттрансляционным модификациям (PTM).
Потенциальные клинические применения
Новый метод имеет широкий спектр потенциальных клинических применений, включая диагностику рака и персонализированное лечение на основе простых тестов, таких как анализ крови. С научной точки зрения ожидается, что он продвинет исследования белков и расширит их применимость к широкому спектру белков.
По словам профессора Меллера, долгосрочная цель — разработать интегрированную платформу для быстрой диагностики белков в больницах, лабораториях и клинических исследованиях.
Предоставлено Технологическим институтом Технион — Израильским технологическим институтом.