Skip to ContentSkip to Navigation
Over onsNieuws en agendaNieuwsberichten

Doorbraak in detectie van eiwitten via nanoporie

17 oktober 2017

Nanoporiën zijn al in gebruik om DNA af te lezen. De technologie is goedkoop en is buiten het laboratorium te gebruiken, zelfs in de jungle of de ruimte. En nu is een toepassing van deze technologie om eiwitten en peptiden te identificeren een stap dichterbij. RUG-onderzoekers hebben met een gepatenteerde nanoporie de ‘vingerafdruk’ van eiwitten en peptiden bepaald. Ze kunnen zelfs peptiden onderscheiden die maar in één aminozuur verschillen. Hun onderzoek is op 16 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

Structuur van de nanoporie | Illustrattie Maglia / Nature Communications
Structuur van de nanoporie | Illustrattie Maglia / Nature Communications

De Groningse onderzoekers (in samenwerking met een collega van de universiteit van Leuven) gebruikten een speciale trechtervormige nanoporie om peptiden en eiwitten te identificeren. Ze hebben hiermee twee problemen opgelost die tot nu toe het gebruik van nanoporiën voor het onderzoeken van eiwitten in de weg zaten: de eiwitten in de porie krijgen, en onderscheid te maken tussen eiwitten op basis van elektrische metingen in de porie. ‘Nanoporiën zijn meestal geladen, net als veel van de aminozuren in het eiwit. Daarom is het een uitdaging zo’n eiwit of peptide in de porie te krijgen en er doorheen te laten gaan’, legt Giovanni Maglia uit. Hij is adjunct hoogleraar Chemische Biologie aan de RUG.

Giovanni Maglia
Giovanni Maglia

Vingerafdruk

Maglia gebruikte een elektro-osmotische vloeistofstroom om de eiwitten in de porie te trekken. Wanneer er een elektrisch veld over de nanoporie staat, gaan er ionen en water doorheen stromen. Als het lukt de richting van die ionenstroom te controleren, is het mogelijk een vloeistofstroom te produceren die sterk genoeg is om eiwitten te transporteren. ‘Dat bereikten wij door de ladingen in de porie precies af te stellen. Door de zuurgraad te veranderen bleek het mogelijk de balans tussen de elektro-osmotische stroming en de kracht van het elektrische veld over de porie te regelen’, legt Maglia uit.

Hij testte de techniek met vijf verschillende kleine eiwitten. ‘Dat waren eiwitten met verschillende vormen en groottes, die als indicator dienen voor ziekten’, vertelt hij. De eiwitten kwamen terecht in de porie, waar ze de stroom elk op een specifieke manier beïnvloedden. Dat resulteerde in een ‘vingerafdruk’ voor elk eiwit. Op die manier kon Maglia onderscheid maken tussen twee versies van het peptide endotheline, dat uit 21 aminozuren bestaat, waarbij de twee versies in slechts één aminozuur verschillen (tryptofaan of methionine).

Endotheline in de nanoporie, met het signaal |Illustrattie Maglia / Nature Communications
Endotheline in de nanoporie, met het signaal |Illustrattie Maglia / Nature Communications

Sequencen

Het is niet eenvoudig een goede meting te krijgen in een nanoporie. Maglia gebruikte een nieuw soort porie die hij zelf heeft gekarakteriseerd en gepatenteerd. ‘Poriën zijn doorgaans cilinders, maar die vorm brengt bepaalde fundamentele beperkingen met zich mee. Onze porie is een trechter met een alfa-helix structuur. Door de grootte van het nauwe uiteinde, waar we de metingen doen, is er daar maar één aminozuur aanwezig. Dan is de meting beter af te stemmen.’

Op dit moment gaan de eiwitketens nog te snel door de porie heen om individuele aminozuren te kunnen meten. Dat is nodig om individuele eiwit-sequenties te bepalen. Als dat zou kunnen, is het een belangrijk stuk gereedschap voor onderzoek, legt Maglia uit: ‘Eiwitten kunnen op unieke manieren chemisch veranderd worden en we weten daarom maar heel weinig van de precieze samenstelling van de eiwitten in ons lichaam.’ Die kennis krijg je alleen door individuele eiwitten te onderzoeken.

Apparaat voor DNA sequencing met nanoporie | Oxford Nanopore
Apparaat voor DNA sequencing met nanoporie | Oxford Nanopore

Ruimtestation

Maglia: ‘De diagnose van biologische markermoleculen zou een grote stap vooruit zetten als we afzonderlijke eiwitten kunnen karakteriseren.’ Een voordeel is dat de nanoporie technologie al is ontwikkeld voor het aflezen van de DNA volgorde. De technologie is al op de markt en is snel, goedkoop en robuust. Nanoporie onderzoek van DNA vindt plaats in het veld en is zelfs in gebruik in het internationale ruimtestation ISS. Deze technologie is met beperkte aanpassingen ook te gebruiken voor het identificeren van eiwitten. ‘In theorie kunnen we morgen al zo’n apparaatje bouwen.’

Referentie: Gang Huang, Kherim Willems, Misha Soskine, Carsten Wloka & Giovanni Maglia: Electro-Osmotic Capture and Ionic Discrimination of Peptide and Protein Biomarkers with FraC Nanopores. Nature Communications, 16 October 2016

Laatst gewijzigd:19 oktober 2017 16:00
printView this page in: English

Meer nieuws

  • 12 december 2018

    Vervuiling leidt tot risico's voor Arctische ganzen

    Vervuiling van lucht, water en bodem kan verstrekkende gevolgen hebben voor dieren in poolgebieden. Een internationaal team onder leiding van Isabella Scheiber, Maarten Loonen en Jan Komdeur van de Rijksuniversiteit Groningen, met collega's van de universiteiten...

  • 30 november 2018

    NTU Singapore and UG sign Double Doctorate agreement

    The highly ranked Nanyang Technological University ( NTU ) in Singapore and the University of Groningen (UG) have signed a Collaborative Degree PhD Programme in Materials and Nanoscience/-engineering . This agreement allows for the co-supervision of...

  • 29 november 2018

    SLF Afstudeerprijs voor student Technische Bedrijfskunde

    Masterstudent Bram Klein Kranenbarg van de Rijksuniversiteit Groningen heeft de SLF Afstudeerprijs 2018 gewonnen. Hij nam het in de finale op tegen Collin Drent van de Technische Universiteit Eindhoven. De jury koos unaniem Bram Klein Kranenbarg als...