Тысячи белков активны в организме человека в любой момент времени, обеспечивая его структуру и обеспечивая необходимые для жизни реакции. Организм повышает и снижает уровни активности определенных белков по мере необходимости, в том числе при ответе на внешние факторы, такие как патогены и лекарства.
Таким образом, подробные образцы белков, обнаруженных внутри клеток, тканей и образцов крови, могут помочь исследователям лучше понять болезни или поставить диагноз и сделать прогноз. Чтобы получить этот «белковый отпечаток пальца», исследователи используют масс-спектрометрию – технологию, которая, как известно, требует больших затрат времени и средств. «Scanning SWATH», новая технология, основанная на масс-спектрометрии, обещает изменить эту ситуацию. Разработано под руководством проф. Доктор.
Маркус Ралсер, директор Института биохимии Шарите, эта технология, которая намного быстрее и экономичнее, чем предыдущие методы, позволяет исследователям измерять несколько сотен образцов в день.
«Чтобы ускорить эту технологию, мы изменили электрические поля масс-спектрометра.
Полученные данные настолько сложны, что люди больше не могут их анализировать », – объясняет профессор Эйнштейн. Ралсер, который также является руководителем группы в Институте Фрэнсиса Крика в Лондоне. Он добавляет: «Поэтому мы разработали компьютерные алгоритмы, основанные на нейронных сетях, которые используют эти данные для извлечения соответствующей биологической информации. Это позволяет нам идентифицировать тысячи белков параллельно и значительно сокращает время измерения.
К счастью, этот метод более точен."
Эта высокопроизводительная технология имеет широкий спектр потенциальных применений, начиная от фундаментальных исследований и крупномасштабной разработки лекарств и заканчивая идентификацией биологических маркеров (биомаркеров), которые можно использовать для оценки индивидуального риска для пациента.
Пригодность технологии для последнего была продемонстрирована исследованием COVID-19. В рамках этого исследования команда проанализировала образцы плазмы крови 30 стационарных пациентов Charite с COVID-19 различной степени тяжести, сравнив белковые паттерны, полученные с белками 15 здоровых людей. Фактические измерения, проведенные на отдельных образцах, заняли всего несколько минут.
Исследователи смогли идентифицировать в общей сложности 54 белка, уровни которых в сыворотке крови варьировались в зависимости от тяжести COVID-19. В то время как 43 из этих белков уже были связаны с тяжестью заболевания во время более ранних исследований, такая взаимосвязь не была установлена для 11 из идентифицированных белков. Некоторые из ранее неизвестных белков, связанных с COVID-19, участвуют в иммунном ответе организма на патогены, что увеличивает тенденцию к свертыванию. «В кратчайшие сроки мы обнаружили белковые отпечатки пальцев в образцах крови, которые теперь можем использовать для классификации пациентов с COVID-19 в зависимости от тяжести заболевания», – говорит один из ведущих авторов исследования доктор. Кристоф Месснер, научный сотрудник Института биохимии Шарите и Института Фрэнсиса Крика.
Он продолжает: «Такой тип объективной оценки может быть чрезвычайно ценным, поскольку пациенты иногда недооценивают тяжесть своего заболевания. Однако, чтобы иметь возможность использовать масс-спектрометрический анализ для рутинной категоризации пациентов с COVID-19, эту технологию необходимо будет доработать и превратить в диагностический тест. Также может стать возможным использование быстрого анализа структуры белка для прогнозирования вероятного течения случая COVID-19. Хотя собранные нами первоначальные результаты являются многообещающими, потребуются дальнейшие исследования, прежде чем их можно будет использовать в повседневной практике."
Проф. Ралсер убежден, что исследования крови на основе масс-спектрометрии могут однажды дополнить обычные профили анализа крови. «Протеомный анализ теперь дешевле, чем общий анализ крови.
Идентифицируя одновременно многие тысячи белков, протеомный анализ также дает гораздо больше информации. Поэтому я вижу огромный потенциал для широкого использования, например, для раннего выявления заболеваний.
Поэтому мы продолжим использовать наши исследования для разработки протеомной технологии для этого типа приложений."
Исследование является результатом сотрудничества с Кембриджским университетом, Великобритания, Технологическим университетом Чалмерса, Швеция, Институтом тропической медицины Бернхардта Нохта в Гамбурге, Германия, и SCIEX, канадским производителем масс-спектрометров.