Combineer koolstofnanomembranen met een bio-afstotende laag én een selectieve ‘hengel’ en je kunt heel precies vissen naar specifieke eiwitten in mengsels, die je vervolgens met cryoEM kunt bekijken, meldt een artikel in ACS Nano.

Het op atomaire schaal bekijken van moleculen, eiwitten of complete cellen lukt steeds beter. Daarvoor gebruik je meestal cryo-elektronenmicroscopie (cryoEM), een vorm van transmission elektronenmicroscopie (TEM). Ook al zijn er al veel verbeteringen aangebracht, het blijft lastig om bruikbare hoeveelheden van je substraat te analyseren. Daarom hebben Julian Scherr en collega’s van drie Duitse universiteiten een nieuwe aanpak bedacht waarmee je heel specifiek naar eiwitten kunt vissen.

De aanpak bestaat uit drie lagen: een koolstofnanomembraanlaag (CNM), een bio-afstotende laag en een selectief handvat voor specifieke eiwitten. De CNM’s maak je door aromatische zelf-assemblerende monolagen te laten crosslinken. De onderzoekers gebruikten voor hun CNM 4’-nitro-4-bifenylthiol, wat resulteerde in een laagje van ongeveer 1 nm. De nitrogroepen reduceerden ze tot amines, die ze vervolgens lieten reageren met polyglycerol. Deze laag van zo’n 8 nm bleek voldoende om eiwitten die niet op het handvat pasten af te stoten. Daarbovenop volgde de bioherkenningslaag, die Scherr en co specifiek ontwikkelden voor eiwitten met een oligo-histidinereeks, mogelijk gemaakt door een tetrakisnitrilotriazijnzuur-unit.

Om de slimme nanosheets te testen, liet het team twee verschillende eiwitten op de nanosheets los. De een was een GroEL uit E. coli (zonder histidine) en de ander een His-tagged complex I uit Yarrowia lipolytica. Uit de cryoEM-analyses bleek dat complex I wel 24 keer meer bond aan de herkenningslaag dan GroEL, wat de hypothese bevestigde.

De auteurs merken verder op dat je dit systeem natuurlijk nog kunt aanpassen voor bijvoorbeeld biotine-streptavidine-systemen. Ook denatureren de substraten minder makkelijk. De eiwitten zitten namelijk aan de nanosheets diep onder het dunne laagje water dat de samples bedekt, waardoor er geen schadelijke interactie kan plaatsvinden op de lucht-waterinterface. Je zou dit systeem zelfs kunnen gebruiken in andere nanobiotechnologische gebieden zoals grafeen, besluiten de onderzoekers.

_{Scherr, J. et al. (2020) ACS Nano}