Секвенировать белки предложили электроспреем
Американские ученые предложили теоретическое обоснование нового способа секвенирования белков и других биополимеров, который в случае практической реализации позволит значительно удешевить этот процесс. Описание метода опубликовано в журнале Physical Review Applied.
В настоящее время секвенирование нуклеиновых кислот стало рутинной процедурой в профильных лабораториях. Однако расшифровка аминокислотной последовательности белка до сих пор сопряжена с большими техническими сложностями, может занимать недели и стоит порядка 70 долларов за одну аминокислоту.
Сотрудники Брауновского университета предложили использовать для секвенирования белков, нуклеиновых кислот и других макромолекул электроспрей. Суть этого метода состоит в том, что под действием электрического поля на конце капилляра из раствора выделяются отдельные ионы, которые в вакууме перемещаются к масс-спектрометру. По замыслу ученых, для успешной расшифровки структуры белка от него на выходе из капилляра нужно отщеплять по одной аминокислоте, которая под действием тока переместится к масс-спектрометру. При этом электрическое поле не позволит броуновскому движению нарушить последовательность анализируемых аминокислот.
Исследователи смоделировали подобную технологию для двух способов отщепления аминокислот: лазером и ферментом (протеазой в случае белка, экзонуклеазой в случае нуклеиновых кислот). Согласно их расчетам, точность анализа превысит 95 процентов, если лазер будет действовать на расстоянии трех нанометров от конца капилляра, а фермент — на расстоянии 100 нанометров. По словам ученых, это вполне достижимо с использованием современных технологий.
Для практической реализации методики предстоит решить множество технических вопросов. Однако если подобный прибор будет сконструирован, он позволит расшифровывать структуру белка значительно быстрее и дешевле, чем имеющиеся методы, такие как эдмановская деградация и матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация.
Несколько лет назад исследователи из Нью-Йоркского и Калифорнийского университетов представили принципиально новый метод расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК. В отличие от наиболее распространенного пиросеквенирования, основанного на электрофорезе фрагментов нуклеиновой кислоты, этот метод представляет собой сканирование специально подготовленной молекулы ДНК скоростным атомно-силовым микроскопом.
Преимущества такого метода состоят в том, что позволяет определять последовательность длинных фрагментов нуклеиновой кислоты, а также секвенировать индивидуальную молекулу ДНК (например, при наличии единственной клетки организма).
Олег Лищук
Он оказался точнее и эффективнее предыдущих версий
Американские ученые разработали тонкопленочный охладитель, с помощью которого люди с протезами руки могут чувствовать температуру предметов. С помощью полупроводников и сверхрешеток он охлаждается в участках культи, которые воспринимают механические и термические ощущения, что вызывает соответствующие ощущения в фантомной руке. По сравнению с предыдущими термоэлектрическими устройствами эта разработка меньше весит и точнее передает информацию о температуре. Разработка описана в статье журнала Nature Biomedical Engineering. Ученые и биоинженеры разрабатывают все больше интерфейсов, которые позволяют с помощью стимуляции нервов в культе передавать ощущения при использовании протезов, включая давление, вибрацию и боль. Однако пока нет заметных успехов в разработке устройств для ощущения температуры в протезе — все существующие разработки неудобны для повседневного использования из-за большого веса и неэффективного энергопотребления. Генерация реалистичных и информативных тепловых сигналов в протезах позволила бы получать мультимодальную сенсорную информации об окружающей среде в режиме реального времени. Например, определять, температуру напитка, реагировать на горячие предметы или ощущать тепло личного прикосновения. Люк Осборн (Luke Osborn) с коллегами из Университета Джонса Хопкинса выдвинули гипотезу, что технологию тонкопленочного термоэлектрического охлаждения (TFTEC) можно использовать для передачи сигнала с протеза на конкретные рецепторные участки на культе, чтобы создавать полноценное ощущение температуры в фантомной руке. Для этого они разработали неинвазивный термоневральный интерфейс — между термическими стимулами и кожными рецепторами — с использованием устройства TFTEC. В этом устройстве использовались монокристаллические материалы и иерархические сверхрешетки, что придает ему высокую рабочую мощность, плотность охлаждения и, как следствие, быструю и энергоэффективную стимуляцию. Устройство толщиной 1,2 миллиметра и массой 0,05 грамма способно снижать температуру на 10-20 градусов Цельсия за три секунды и удерживать этот температурный градиент в течение длительного времени. В лабораторных условиях эти показатели были значительно лучше, чем у предыдущих, объемных, версий термоэлектрических интерфейсов. Поскольку после ампутации нервы культи могут «иннервировать» фантомную конечность, ученые определили у четырех человек с ампутированной рукой участки культи, которые при механической или термической стимуляции вызывали ощущения прикосновения и температуры в фантомной руке. Устройство TFTEC поместили на кожу четырех участников с ампутацией, чтобы восстановить ощущение температуры в фантомной руке. Все участники ощущали охлаждение c экспериментальным устройством, с контрольным термоэлектрическим устройством эффект почувствовали только два участника. Кроме того, участники быстрее и интенсивнее воспринимали холодовые ощущения на культе и в фантомной руке по сравнению со стандартным объемным устройством. Аналогичные результаты показал эксперимент со здоровыми добровольцами, которые касались устройства указательным пальцем. В другом эксперименте участники управляли виртуальным модульным протезом руки, чтобы прикоснуться к виртуальным объектам и определить холодный. Во всех тестах устройство TFTEC помогало людям быстрее и точнее справиться с заданием по сравнению с классическими устройствами. Наделять протез ощущениями важно, чтобы человек без конечности мог нормально адаптироваться к нему и жизни с ним. Например, недавно мы рассказывали, что тактильная стимуляция облегчила управление протезом руки.