Groningse en Leuvense onderzoekers zijn een stap dichter bij een goedkope, draagbare massaspectrometer die korte eiwitketens ‘weegt’. Ze wisten nanoporiën zo ver te vernauwen dat die peptides er niet te snel meer doorheen glippen, schrijven ze in Nature Communications.

Ze zijn nog niet zo ver dat ze het peptide als een draadje door de porie trekken en de passerende aminozuren registreren. Met DNA kan zoiets al maar met eiwitten is het nog een paar bruggen te ver. In plaats daarvan duwt een potentiaalverschil het peptide als een klontje door de porie. De fysieke omvang van dat klontje beïnvloedt de elektrische stroom die daarbij door de porie loopt, en die omvang is weer gerelateerd aan de massa.

Het ligt voor de hand dat die stroom ook afhankelijk is van de lading van het peptide, die weer afhangt van de aminozuren die er in verwerkt zitten. In hun publicatie melden Gang Huang, Arnout Voet en Giovanni Maglia nu echter dat je dat effect kunt neutraliseren door de zuurgraad van de oplossing correct in te stellen. Bij een pH van 3,8 blijkt de stroom recht evenredig te zijn aan de massa van het peptide, ongeacht de samenstelling.

Als porie gebruiken ze daarbij fragaceatoxine C (FraC), een zogeheten actinoporine uit de zeeanemoon Actinia fragacea. Dit toxine bestaat van nature uit octameren, taps toelopende kokertjes van acht eiwitten die zich in andermans celmembranen nestelen teneinde lekkage te veroorzaken. Er bestaan meer toxines die zo werken maar FraC heeft het grote voordeel dat de opening heel glad en regelmatig gevormd is.

Alleen is die opening net iets te groot: het nauwste deel heeft een diameter van 1,6 nm, en kleine peptides glippen daar te snel doorheen voor een betrouwbare stroommeting. De grens ligt ongeveer bij 1,6 kilodalton.

De onderzoekers merkten echter dat FraC heel soms ook poriën vormt waarin maar zes of zeven eiwitten zitten, in plaats van acht. En ze hebben nu ontdekt dat je die kans sterk kunt verhogen door twee aminozuren, die aan de buitenkant zitten en een belangrijke rol spelen bij de binding tussen porie en membraan, te vervangen door andere. Je kweekt op die manier een mix van FraC’s in drie verschillende maten. De kleinste twee hebben diameters van respectievelijk 1,1 en 0,84 nm, en volgens de auteurs is dat laatste een laagterecord voor een nanoporie die uit ‘biologische’ moleculen is opgebouwd.

In de praktijk blijkt het meetbereik nu ergens rond de 600 dalton te beginnen, wat ruwweg betekent dat je peptides van minimaal vier aminozuren kunt ‘wegen’. De bovengrens ligt rond de 22 aminozuren. De nauwkeurigheid van een echte massaspectrometer wordt daarbij bij lange na nog niet gehaald. Maar een verschil van 44 dalton, veroorzaakt door één klein aminozuur te vervangen door een groter, blijk je goed te kunnen zien.

De auteurs verwachten dat je de prestaties sterk kunt verbeteren door verder te sleutelen aan de chemische opbouw van de porie. Uiteindelijk hopen ze dan wél uit te komen op een nanoporie-eiwitsequencer. Het idee is dan dat je enzymen inzet om langere eiwitketens willekeurig op te knippen in kleine stukjes die door de poriën kunnen, waarna je uit de gemeten massa’s de oorspronkelijke sequentie reconstrueert - DNA-sequencing werkt ook zo.

Dat enzymen het slecht doen bij pH 3,8, is een technisch detail waar vast ook wel iets aan valt te doen.

bron: ScienceLinx, Nature Communications