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L'imitazione delle condizioni fisiologiche aiuta i ricercatori a trovare leganti metallici

I ricercatori hanno sviluppato un metodo per identificare piccole molecole che legano gli ioni metallici.Gli ioni metallici sono essenziali in biologia.Ma identificare con quali molecole, e soprattutto con quali piccole molecole, questi ioni metallici interagiscono può essere difficile.

Per separare i metaboliti per l'analisi, i metodi metabolomici convenzionali utilizzano solventi organici e pH bassi, che possono causare la dissociazione dei complessi metallici.Pieter C. Dorrestein dell'Università della California a San Diego e colleghi volevano tenere insieme i complessi per l'analisi imitando le condizioni native che si trovano nelle cellule.Ma se avessero usato condizioni fisiologiche durante la separazione delle molecole, avrebbero dovuto riottimizzare le condizioni di separazione per ogni condizione fisiologica che volevano testare.

Invece, i ricercatori hanno sviluppato un approccio a due stadi che introduce condizioni fisiologiche tra una separazione cromatografica convenzionale e un'analisi spettrometrica di massa (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).In primo luogo, hanno separato un estratto biologico utilizzando la cromatografia liquida ad alte prestazioni convenzionale.Quindi hanno regolato il pH del flusso in uscita dalla colonna cromatografica per simulare le condizioni fisiologiche, aggiunto ioni metallici e analizzato la miscela con spettrometria di massa.Hanno eseguito l'analisi due volte per ottenere spettri di massa di piccole molecole con e senza metalli.Per identificare quali molecole legano i metalli, hanno utilizzato un metodo computazionale che utilizza le forme dei picchi per dedurre le connessioni tra gli spettri delle versioni legate e non legate.

Un modo per imitare ulteriormente le condizioni fisiologiche, dice Dorrestein, sarebbe quello di aggiungere alte concentrazioni di ioni come sodio o potassio e basse concentrazioni del metallo di interesse.“Diventa un esperimento di competizione.Fondamentalmente ti dirà, OK, questa molecola in quelle condizioni ha più propensione a legare sodio e potassio o questo metallo unico che hai aggiunto", dice Dorrestein."Possiamo infondere molti metalli diversi contemporaneamente e possiamo davvero capire la preferenza e la selettività in quel contesto".

In estratti di colture di Escherichia coli, i ricercatori hanno identificato composti noti che legano il ferro come yersiniabactin e aerobactin.Nel caso della yersiniabactin, hanno scoperto che può anche legare lo zinco.

I ricercatori hanno identificato i composti che legano i metalli in campioni complessi quanto la materia organica disciolta dall'oceano."Questo è assolutamente uno dei campioni più complessi che abbia mai visto", afferma Dorrestein."Probabilmente è complesso quanto, se non più complesso, del petrolio greggio".Il metodo ha identificato l'acido domoico come molecola legante il rame e ha suggerito che si lega al Cu2+ come dimero.

"Un approccio omico per identificare tutti i metaboliti che legano i metalli in un campione è estremamente utile a causa dell'importanza della chelazione biologica dei metalli", scrive Oliver Baars, che studia i metaboliti che legano i metalli prodotti da piante e microbi alla North Carolina State University, in un e-mail.

"Dorrestein e colleghi forniscono un test elegante, tanto necessario, per sondare meglio quale potrebbe essere il ruolo fisiologico degli ioni metallici nella cellula", scrive in una e-mail Albert JR Heck, un pioniere nelle analisi di spettrometria di massa nativa presso l'Università di Utrecht."Un possibile passo successivo sarebbe estrarre i metaboliti in condizioni native dalla cellula e frazionarli anche in condizioni native, per vedere quali metaboliti trasportano quali ioni metallici cellulari endogeni".

Notizie di chimica e ingegneria
ISSN 0009-2347
Copyright © 2021 Società Chimica Americana


Tempo di pubblicazione: 23-dic-2021