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Imitar condiciones fisiológicas ayuda a los investigadores a encontrar aglutinantes metálicos

Los investigadores han desarrollado un método para identificar pequeñas moléculas que se unen a iones metálicos. Los iones metálicos son esenciales en biología. Pero identificar con qué moléculas (y especialmente con qué moléculas pequeñas) interactúan esos iones metálicos puede ser un desafío.

Para separar los metabolitos para su análisis, los métodos metabolómicos convencionales utilizan disolventes orgánicos y pH bajos, que pueden provocar la disociación de los complejos metálicos. Pieter C. Dorrestein de la Universidad de California en San Diego y sus compañeros querían mantener los complejos juntos para el análisis imitando las condiciones nativas que se encuentran en las células. Pero si hubieran utilizado condiciones fisiológicas durante la separación de moléculas, habrían tenido que volver a optimizar las condiciones de separación para cada condición fisiológica que querían probar.

En cambio, los investigadores desarrollaron un enfoque de dos etapas que introduce condiciones fisiológicas entre una separación cromatográfica convencional y un análisis espectrométrico de masas (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Primero, separaron un extracto biológico mediante cromatografía líquida convencional de alta resolución. Luego ajustaron el pH del flujo que salía de la columna cromatográfica para imitar las condiciones fisiológicas, agregaron iones metálicos y analizaron la mezcla con espectrometría de masas. Realizaron el análisis dos veces para obtener espectros de masas de moléculas pequeñas con y sin metales. Para identificar qué moléculas se unen a los metales, utilizaron un método computacional que utiliza formas de picos para inferir conexiones entre los espectros de las versiones unidas y no unidas.

Una forma de imitar aún más las condiciones fisiológicas, dice Dorrestein, sería agregar altas concentraciones de iones como sodio o potasio y bajas concentraciones del metal de interés. “Se convierte en un experimento de competencia. Básicamente le dirá: "Está bien, esta molécula en esas condiciones tiene más propensión a unirse al sodio y al potasio o a este metal único que usted ha agregado", dice Dorrestein. "Podemos infundir muchos metales diferentes simultáneamente y realmente podemos comprender la preferencia y selectividad en ese contexto".

En extractos de cultivos de Escherichia coli, los investigadores identificaron compuestos conocidos que se unen al hierro, como la yersiniabactina y la aerobactina. En el caso de la yersiniabactina, descubrieron que también puede unirse al zinc.

Los investigadores identificaron compuestos que se unen a metales en muestras tan complejas como la materia orgánica disuelta del océano. "Ésta es absolutamente una de las muestras más complejas que he observado jamás", dice Dorrestein. "Probablemente sea tan complejo, si no más, que el petróleo crudo". El método identificó el ácido domoico como una molécula de unión al cobre y sugirió que se une al Cu2+ como un dímero.

"Un enfoque ómico para identificar todos los metabolitos de unión a metales en una muestra es extremadamente útil debido a la importancia de la quelación biológica de metales", escribe en un artículo Oliver Baars, que estudia los metabolitos de unión a metales producidos por plantas y microbios en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. correo electrónico.

"Dorrestein y sus compañeros de trabajo proporcionan un ensayo elegante, muy necesario, para investigar mejor cuál podría ser el papel fisiológico de los iones metálicos en la célula", escribe en un correo electrónico Albert JR Heck, pionero en análisis de espectrometría de masas nativa en la Universidad de Utrecht. "Un posible siguiente paso sería extraer los metabolitos de la célula en condiciones nativas y fraccionarlos también en condiciones nativas, para ver qué metabolitos transportan qué iones metálicos celulares endógenos".

Hora de publicación: 23-dic-2021