Wetenschappers van de TU Delft hebben een nieuwe techniek ontworpen om eiwitten te herkennen. Dat doen ze door het identificeren van eiwitten via het aflezen van een vingerafdruk. Deze wordt vervolgens vergeleken met patronen in een databank. Hierdoor kunnen volledige eiwitten worden geïdentificeerd terwijl die intact blijven en de informatie bewaard blijft. Deze nieuwe manier helpt om de mechanismen achter ziekten bloot te leggen en waardoor het mogelijk is om eerdere diagnoses te stellen.
Momenteel wordt door wetenschappers nog een techniek gebruikt voor het identificeren die massaspectrometrie wordt genoemd. En binnen die methode is de ‘bottom-up’ methode het meest gebruikelijk. Bij de bottom-up methode worden volledige eiwitten in kleinere fragmenten geknipt, ook wel ‘peptiden’ genoemd. Die peptiden worden gemeten door een massaspectrometer. En op basis van die gegevens van de kleine fragmenten reconstrueert de computer het eiwit.
Onderzoeker Filius vergelijkt het een beetje met een IKEA-project waarbij je altijd wel wat extra onderdelen overhoudt waarvan je niet zeker weet hoe ze in het product passen. Hij zegt dat in het geval van eiwitten die onderdelen juist heel waardvol zijn omdat ze bijvoorbeeld informatie bevatten of het eiwit al dan niet een schadelijke structuur heeft die een ziekte veroorzaakt.
Eiwitten identificatie
Filius legt uit dat je om een eiwit te identificeren niet alle aminozuren, dus de bouwstenen van elk eiwit, hoeft te kennen. In plaats daarvan wordt voldoende informatie verzameld zodat het eiwit kan worden geïdentificeerd met hulp van een databank. Hij vergelijkt het met de manier waarop de politie de identiteit achterhaald van een verdachte via gegevens uit een databank. In eerdere publicaties is al aangetoond dat elk eiwit een unieke ‘vingerafdruk’ heeft.
We realiseerden ons dat we slechts een klein aantal van alle aminozuren van een eiwit hoeven te kennen, waarna we het kunnen vergelijken met alle tot nu toe bekende eiwitten”, promovendus die betrokken was bij het onderzoek, Raman van Wee, toe.
Binden aan bepaalde aminozuren
De onderzoekers kunnen de aminozuren detecteren met moleculen die lichtgeven onder een microscoop. Deze zijn bevestigd aan kleine stukjes DNA die heel specifiek binden aan bepaalde aminozuren. Op deze manier kan het team heel snel en met grote precisie een deel van de aminozuren identificeren om de structuur van het eiwit te bepalen.
Omdat de gevoeligheid van deze nieuwe techniek, genaamd FRET X, hoger is dan die van gangbare methoden zoals massaspectrometrie, kunnen de wetenschappers veel lagere concentraties eiwitten detecteren in een mengsel van andere biomoleculen.
Naald in berg eiwitten
In het artikel laten de wetenschappers zien dat ze kleine hoeveelheden eiwitten kunnen detecteren die kenmerkend zijn voor de ziekte van Parkinson en COVID-19 infectie. Hoewel er andere methoden worden onderzocht om eiwitten te identificeren, is deze nieuwe techniek de enige die complete en individuele eiwitten kan identificeren in een mengsel van vele andere moleculen. “We kunnen dus zoeken naar een naald in een hooiberg”, voegt Van Wee toe.
Ziekte in vroeg stadium herkennen Hoewel het onderzoek veelbelovend is, moet het Chirlmin Joo Lab de techniek nog verder ontwikkelen voordat toepassing op grotere schaal mogelijk is. De onderzoeksgroep heeft inmiddels met verschillende belanghebbenden in klinische laboratoria en de biofarmaceutische industrie gesproken. De groep merkte dat zij enthousiast zijn over de baanbrekende potentie die deze techniek heeft. De onderzoekers werken ook aan een startup om van FRET X een platform te maken voor zeer gevoelige eiwit-herkenning. Dat platform kan ziekten in de vroegste stadia opsporen en de werking van mogelijke behandelingen verbeteren. Steeds vaker wordt nieuwe technologie ingezet om ziekten sneller te kunnen herkennen, zoals AI en DNA-analyse.
