ข่าว

การเลียนแบบสภาพทางสรีรวิทยาช่วยให้นักวิจัยค้นพบสารยึดเกาะที่เป็นโลหะ

นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการระบุโมเลกุลขนาดเล็กที่จับไอออนของโลหะ ไอออนของโลหะมีความสำคัญในทางชีววิทยา แต่การระบุว่าไอออนของโลหะเหล่านั้นมีปฏิสัมพันธ์ด้วยกับโมเลกุลใด และโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลขนาดเล็กใดนั้นอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย

หากต้องการแยกสารเมตาโบไลต์เพื่อการวิเคราะห์ วิธีเมแทบอลิซึมแบบเดิมๆ จะใช้ตัวทำละลายอินทรีย์และ pH ต่ำ ซึ่งอาจทำให้สารเชิงซ้อนของโลหะแยกตัวออกจากกัน Pieter C. Dorrestein จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก และเพื่อนร่วมงานต้องการรวมคอมเพล็กซ์เข้าด้วยกันเพื่อการวิเคราะห์โดยการเลียนแบบสภาพดั้งเดิมที่พบในเซลล์ แต่ถ้าพวกเขาใช้เงื่อนไขทางสรีรวิทยาในระหว่างการแยกโมเลกุล พวกเขาจะต้องปรับเงื่อนไขการแยกให้เหมาะสมอีกครั้งสำหรับสภาพทางสรีรวิทยาแต่ละรายการที่พวกเขาต้องการทดสอบ

นักวิจัยได้พัฒนาแนวทางสองขั้นตอนที่แนะนำสภาวะทางสรีรวิทยาระหว่างการแยกโครมาโตกราฟีแบบธรรมดากับการวิเคราะห์แมสสเปกโตรเมทรี (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1) ขั้นแรก พวกเขาแยกสารสกัดทางชีวภาพโดยใช้โครมาโตกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูงแบบธรรมดา จากนั้น พวกเขาปรับ pH ของการไหลที่ออกจากคอลัมน์โครมาโตกราฟีเพื่อเลียนแบบสภาพทางสรีรวิทยา เพิ่มไอออนของโลหะ และวิเคราะห์ส่วนผสมด้วยแมสสเปกโตรเมทรี พวกเขาทำการวิเคราะห์สองครั้งเพื่อให้ได้สเปกตรัมมวลของโมเลกุลขนาดเล็กที่มีและไม่มีโลหะ เพื่อระบุว่าโมเลกุลใดจับโลหะ พวกเขาใช้วิธีการคำนวณที่ใช้รูปร่างสูงสุดเพื่อสรุปความเชื่อมโยงระหว่างสเปกตรัมของเวอร์ชันที่ถูกผูกไว้กับที่ไม่ถูกผูกไว้

Dorrestein กล่าวว่าวิธีหนึ่งที่จะเลียนแบบสภาพทางสรีรวิทยาเพิ่มเติมได้ก็คือการเพิ่มไอออนที่มีความเข้มข้นสูง เช่น โซเดียมหรือโพแทสเซียม และโลหะที่น่าสนใจที่มีความเข้มข้นต่ำ “มันกลายเป็นการทดลองการแข่งขัน โดยพื้นฐานแล้วมันจะบอกคุณว่า โอเค โมเลกุลนี้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านั้นมีแนวโน้มที่จะจับโซเดียมและโพแทสเซียมมากกว่า หรือโลหะพิเศษที่คุณเพิ่มเข้าไป” Dorrestein กล่าว “เราสามารถผสมโลหะหลายชนิดได้พร้อมๆ กัน และเราสามารถเข้าใจความต้องการและการเลือกสรรในบริบทนั้นได้อย่างแท้จริง”

ในสารสกัดจากเชื้อ Escherichia coli นักวิจัยได้ระบุสารประกอบที่จับกับเหล็กที่รู้จัก เช่น yersiniabactin และ aerobactin ในกรณีของ yersiniabactin พวกเขาค้นพบว่ามันสามารถจับกับสังกะสีได้เช่นกัน

นักวิจัยระบุว่าสารประกอบที่ยึดเกาะกับโลหะในตัวอย่างมีความซับซ้อนพอๆ กับอินทรียวัตถุที่ละลายได้จากมหาสมุทร “นั่นเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่ซับซ้อนที่สุดที่ฉันเคยดูมา” ดอร์เรสไตน์กล่าว “มันอาจจะซับซ้อนพอๆ กับถ้าไม่ซับซ้อนกว่าน้ำมันดิบ” วิธีการนี้ระบุว่ากรดโดโมอิกเป็นโมเลกุลที่จับกับทองแดง และแนะนำว่ากรดโดโมอิกจับกับ Cu2+ เป็นไดเมอร์

“วิธีการแบบโอมิกส์เพื่อระบุสารเมตาบอไลต์ที่จับกับโลหะทั้งหมดในตัวอย่างมีประโยชน์อย่างยิ่ง เนื่องจากความสำคัญของการคีเลชันโลหะทางชีวภาพ” Oliver Baars ผู้ศึกษาสารเมตาบอไลต์ที่จับกับโลหะที่ผลิตโดยพืชและจุลินทรีย์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนา เขียนใน อีเมล.

“Dorrestein และเพื่อนร่วมงานจัดเตรียมการทดสอบที่หรูหราและจำเป็นมาก เพื่อตรวจสอบได้ดีขึ้นว่าบทบาททางสรีรวิทยาของไอออนโลหะในเซลล์เป็นอย่างไร” Albert JR Heck ผู้บุกเบิกการวิเคราะห์แมสสเปกโตรมิเตอร์ดั้งเดิมที่มหาวิทยาลัย Utrecht เขียนในอีเมล “ขั้นตอนต่อไปที่เป็นไปได้คือการแยกสารเมตาบอไลต์ภายใต้สภาวะดั้งเดิมออกจากเซลล์และแยกส่วนเหล่านี้ภายใต้สภาวะดั้งเดิม เพื่อดูว่าสารเมตาบอไลต์ตัวใดนำไอออนของโลหะเซลล์ภายนอกออกไป”

ข่าวเคมีและวิศวกรรม
ISSN 0009-2347
ลิขสิทธิ์© 2021 สมาคมเคมีอเมริกัน