Method Article
המטרה היא לאנגיופלסטיקה ולבודד אקטיביים מולקולות קטנות, פפטידים מתוך תמצית צמח מורכב, חלבונים של חיידקים פתוגניים על ידי שימוש בשיטת מיקוד בשלב נוזלי (הארה ב) שיטה. יתרה מזאת, המולקולות המופרדות זוהו ופעילותם הביוביולוגית אושרה.
מוצרים טבעיים הנגזרים מצמחים ומחיידקים הם מקור עשיר של מולקולות אקטיביים. לפני השימוש שלהם, המולקולות הפעילים מתמציות מורכבות חייבים להיות מטוהרים עבור יישומים במורד הזרם. יש שיטות כרומטוגרפיות שונות זמין למטרה זו עדיין לא כל המעבדות יכול להרשות לעצמם שיטות ביצועים גבוהים בידוד מדגימות ביולוגיות מורכבות יכול להיות קשה. כאן אנו מדגימים כי הסדר שלב נוזלי איזואלקטרי התמקדות (הפנים) יכול להפריד מולקולות, כולל מולקולות קטנות פפטידים מפני תמציות צמחים מורכבים, מבוסס על נקודות איזואלקטריים שלהם (pI). השתמשנו בשיטה לקבלת משבר ואפיון ביולוגיים מורכבים. כהוכחה של המושג, אנחנו מצאנו את הצמח מתחת לתמצית צמחים בבידוד, בידוד משפחה של טרפנאיד סאפונין מולקולות קטנות פפטיד. כמו כן הדגמנו הפרדת חלבון מחיידקים יעילים באמצעות פטרייה אלביקנס פטריה כמערכת מודל.
טיהור הbiomolecules מדגימות ביולוגיות מורכבות הוא צעד חיוני וקשה לעתים קרובות בניסויים ביולוגיים1. איזואלקטריים התמקדות (הארה ב) הוא מתאים הפרדה ברזולוציה גבוהה של biomolecules מורכבים שבו המוביל ampholytes לנסוע לפי הטעינה שלהם ולהקים את הדרגתי pH בשדה חשמלי3. המוביל המסחרי הראשון של חברת הקולנוע הארצי פותח על ידי אושל וסטברג בשנת 1964 וכפטנט4,5. אמולוציטים המוביל הם אליפטיות oligo-אמינו oligo-carboxylic חומצה מולקולות באורך משתנה ומסעף6. לאחר מכן, בוסטברג ואחרים שיפרו את המוביל אמולוציטים לשימוש המורחב שלהם בהפרדת biomolecules6,7.
שיטות להפרדת הbiomolecules כוללות אגקם ו פוליאקרילמיד ג'ל אלקטרופורזה, אלקטרופורזה דו מימדית ג'ל (2-DE), איזואלקטריים התמקדות, אלקטרופורזה קפילר, isotaקוזוהורזיס וטכניקות כרומטוגרפיים אחרים (למשל, ועוד, FPLC, כרומטוגרפיה)2. במהלך האירוע הומצא הארגון הבינלאומי של מילאנו ביר8בכלי שנקרא "Rotofor". הוא ייסד את הקונספט והעיצוב של המכשיר הזה ותרם רבות לתיאוריית ההגירה האלקטרופיניטית. הצוות שלו פיתח גם מודל מתמטי של תהליך הפרדה אלקטרופלסטי לסימולציות מחשב9.
המנגנון הנוזלי הינו מנגנון מסתובב אופקית המורכב מליבת ניילון מחולק ל -20 תאים נקבובי ומים מחזורי קירור המים מוט קרמיקה. התאים הנקבובי מאפשרים למולקולות להגר דרך השלב המים בין האלקטרודות וההיתר לאיסוף דגימות מטוהרים תחת ואקום בשברים. מערכת טיהור זו יכולה לספק עד 1000 לטיהור מתקפל של מולקולה מסוימת ב-< 4 שעות. תכונה רבת ערך של מכשיר זה היא שניתן להחילם כצעד ראשון לטיהור מתערובת מורכבת או כצעד אחרון להשגת הטוהר10. אם מולקולת העניין היא חלבון, יתרון נוסף הוא שהמערך הטבעי שלו יישמר במהלך ההפרדה.
השימוש בשלב הנוזלי הינו דיווח נרחב עבור חלבונים, אנזימים וטיהור נוגדנים6,10,11,12,13,14. כאן נתאר את השימוש בגישה זו להפרדת וטיהור מולקולות קטנות ופפטידים מצמח המרפא ג'ימנמה. פרוטוקול זה יסייע לחוקרים להתרכז ולטהר מולקולות קטנות פעילות מתוך תמצית צמחים עבור יישומים במטה בעלות נמוכה. בנוסף, אנו גם להדגים כי העשרה של חלבונים מתמצית חלבון מורכב מפטרייה אלביקנס פטריה15 במערכת זו מבוססת-החוץ כדוגמה השנייה.
1. התקנה והקמה מראש של היחידה הסטנדרטית של התוכנית הראשונה.
2. הפרדה וטיהור של מולקולות קטנות ופפטידים מ- ג'ימנמה לחלץ
3. הפרדה וטיהור של חלבונים מ -C. אלביקנס
4. ביואקטיביות של מולקולות קטנות מטוהרים מתמצית צמחים ג'ימנמה
הפרדה וטיהור של מולקולות קטנות פפטידים מ ג'ימנמה הצמח תמצית
באמצעות השיטה הביתטיבית לטיפול בשיטת האנטי-וולטאי, היינו משלבים תמציות של צמחי מרפא וחלבונים מפני השטח מפטרייה בתוך הגוף האנושי, C. אלביקנס. תרשים שרטוט של פרוטוקולי שבירה אלה מוצג באיור 1.
מ 20 שברים של G. סילבאסטרה תמצית שהתקבל מ-בשלב נוזלי הוועד ההפוך, המולקולות בצבע כהה (הספונאיד saponins) נמצאו להגר ולהיות מועשר בסוף אנודת (ph 2-3) ושברים בצבע צהוב בהיר נצפו בקצה הקתודה (ph 8-9) (איור 2). אליבאטס (20 μL) מכל שבר (1-20) נפתרו על 15% SDS-עמוד לאחר הפחתת והרתיחה את הדגימות. Coomassie ג'ל כחול מוכתם מראה את הלהקה פוליפטידים מתפזרת של כ 5 kda כי הוא מועשר בשברים 16-19 (איור 3). זה דווח כי הצמח G. סילבאסטרה מכיל 35 חומצת אמינו בסיסי פוליפטידים רין עם המשקל המולקולרי החזוי של 4,209 Da20. חיידקים, צמחים ובעלי חיים מכילים פפטידים; רבים מהם הם עגולים (knottins) ויציבים עם מגוון רחב של פעילויות ביולוגיות כגון חרקים ומיקרוביאלית נכסים21,22.
פעילות ביולוגית של חומצות ג'ימנומיק מופרדות
הצמח G. סילבאסטרה מכיל גם חומצות ג'ימנמיק (טרפנאיד ספוננס) כמרכיבים מרכזיים16,23,24. כצפוי, אלה מולקולות קטנות בשבר 1 והשברים הבאים לא זוהו על ידי SDS-עמוד וצביעת Coomassie (איור 3) מאז הם לא פרוטטינואאוס. עם זאת, אלה מולקולות קטנות יכול להיות מופרדים על ידי ומזוהה תחת אור UV (איור 4A, ליין F1). שבר 10 לא מכיל כמות לגילוי של אלה מולקולות קטנות ב-ומציע מרבית המולקולות הקטנות האורגניות העשירו בשברים 1-3. חומצות ג'ימנומיק (גז) מולקולות הוכחו לעכב את C. אלביקנס שמרים לhypha מעבר16,25. אנו לאסוף את כל 20 שברים שנאספו במחקר זה עבור פעילות העכבות שלהם נגד C. אלביקנס שמרים-to-hypha המרה וצמיחה hyphal16. התוצאות מוצגות באיור 4ב, 4c. הפעילות הגבוהה ביותר היא נצפתה בשבר 1, אשר מסכים עם תוצאות מספר מקומות בהם ניתן לראות כמה נקודות. איזומרים של חומצות ג'ימנומיק קיימות ולכולם יש פעילות ביולוגית דומה10. אלה איזוers היו מופרדים בשבר 1-3 ולהראות עיכוב של C. אלביקנס צמיחה hyphal (איור 4A, 4c, שבר 1). הדרגה של עיכוב hyphal הצטמצמה בהדרגה כפי שהוא עובר מ 1 אל 10. פעילות קטנה או לא הושגה בשברים 10 ומעלה.
הפרדת חלבונים מפני השטח מפטרת הפתוגניים, הג. אלביק
תוצאות משבר האנטי-וולטאי של C. אלביקנס החלבונים בשלב הנוזלי מוצגים באיור 5. אלה חלבונים משטח התא לשחק תפקידים חשובים ב -C. אלביקנס הדבקה ו פתוגנזה26. כמה חלבונים מועשרים (חיצים) בשברים שונים נצפו. זה עשוי לאפשר זיהוי של התגובות האימונולוגיים שלהם עם הנסיוב האנושי נגוע קנדידה ו/או זיהוי שלהם על ידי ספקטרומטר מסה. באופן דומה, חלבונים משברים סלולריים אחרים (למשל, ציטופלסמה וקיר התא) ניתן לשבר באמצעות שיטת הא. טיהור האנרגיה האנטי-מבוססי של השלב הנוזלי יאפשר זיהוי של חלבונים משפע נמוך מדגימות ביולוגיות מורכבות, כאשר יחד עם ניתוח ספקטרומטר המסה.
איור 1: תרשים זרימה המציג את זרימת העבודה הניסיונית. הליכי שבירה של שלב הנוזלים החורגים והבאים מתוארים במורד הזרם. הדגימות כוללות את התמצית של העלה (מדגם 1) וקנדידה אלביקנס לא-glucan לצרף חלבונים שמרים (לדוגמה 2). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: התקנת המנגנון והשבירה של G. סילבסטרי צמח תמצית. (א) במהלך הריצה (ב) במהלך איסוף השברים, (ג) לאחר איסוף השברים, ו-(ד) חלקים בעלי הגוף הנוזלי, 1) ממברנות יון החליפין, 2) התמקדות קאמרית וממברנה ליבה, 3) הרכבת אלקטרודה (שלילי), 4) אלקטרודה הרכבה (חיובית). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ה-SDS-הפרדות העמוד של שברים של תמציות הצמחים הממוקדים. L-סולם, בקרת PC-חיוביים (פפטיד), מדגם 0-קלט, 1-20 שברים מופרדים. SDS-עמוד (15% לפתור ג'ל) היה מוכתם על ידי צבע כחול Coomassie כדי להמחיש את הפפטידים נפתרה (~ 5 kDa) משברים 1-20. שברים 1-3 מכילים מולקולות קטנות (שבר 1 יש צבע כהה יותר המציין תרכובות מועשר) אשר לא יכול להיות מוכתם/מזוהה על ידי צבע כחול Coomassie. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ניתוח המולקולות הקטנות של האחים הללו באמצעות הטיפול ביולוגי וקביעת פעילות ביולוגית כנגד ה -C. אלביקנס. (א) הצגת ואנליזה של מולקולות קטנות מ#1 שבר ו#10. סיליקה ג'ל המופעל לוחית שימש לספוט ~ 5 μL של דגימות ורץ עם toluene: כלורופורם: מתנול ממס (5:8:3 יחס) עד החזית ממס הגיע לשוליים. החומרים המופרדים של האהבה זוהו תחת אור UV אפינטית (310 nm). (ב) מראה את% עיכוב של המרה של C. אלביקנס שמרים-to-hypha על ידי שברים שונים. (ג) מדגים את הורפולוגיה של התא של C. אלביקנס תחת hypha גרימת תנאים. שבר #1 מראה מקסימום (98%) עיכוב של ההמרה שמרים ל-hypha. שברים אחרים ושקרים להראות לא עיכוב של C. אלביקנס צמיחה hyphal אחרי 12 שעות של דגירה ב 37 ° c. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: sds-ניתוח עמודים של משטח התאים של C. אלביקנס חלבונים (שאינו ניתן לחיבור). L-סולם, 0-כניסות לדוגמה, 1-18 שברים שנאספו לאחר השימוש בתאי הקלט-משתמשים סטנדרטיים בשלב נוזלי באמצעות טווח צר (pH 5-8). התמונה מציגה SDS-עמוד (12.5%) חלבונים שנפתרו לאחר כתמים עם צבע כחול Coomassie. כמה חלבונים העשירו בשברים מסוימים (חיצים). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
מולקולות קטנות ממקורות המוצר הטבעי (למשל, צמחים) כוללים מטבוליטים מורכבים מאוד מגוונים מאוד במבנה כימי. הם מאמינים כי הם מעורבים במנגנוני ההגנה של הצמח. בנוסף, פוליפפטידים נמצאים גם ברקמות הצמח22. המוצר הטבעי הזה מולקולות קטנות הם מקורות עשירים של מולקולות בדיקה לגילוי סמים ופיתוח. עם זאת, השיטות הקשות ומייגע הנדרשות לבידוד וטיהור מגבילות את השימוש בהם ליישומים טיפוליים. הגישה בשלב הנוזלי של השימוש בדוח זה מדגישה את היכולת להפריד בין המולקולות הקטנות הללו לבין הפוליפונים מבלי להתפשר על הביו-פעילות שלהם.
שיטה זו המבוססת על הקשר מציעה מספר יתרונות בהפרדת מולקולות ביולוגיות כולל ריכוז חלבונים מטוהרים מתערובת מורכבת, תחזוקה של היווצרות מקורית במהלך ואחרי התמקדות שלהם, אוסף של דגימות כמו שברים מטוהרים בודדים ללא זיהום צולב. בעת הצורך, ניתן למקד דגימות מחדש עם טווח pH צר כדי לטהר את החלבון isoforms. מאז מיניאטורי תא התמקדות הסלולר (~ 15 mL) זמין, זה יכול לשמש עבור כמויות קטנות יותר של דגימות גם. הממצא החדש מדוח זה הוא כי מולקולות קטנות ופפטידים אורגניים ניתן להפריד מתמצית צמח מורכב. למרות שקשה להסכים כי מולקולות קטנות ניתן להפריד מתמציות מוצר טבעי על ידי ה-it, זה סביר עבור תרכובות אלה כי הם amphoteric. חומצות ג'ימנימיק אשר הופרדו מן פפטיד גוררין ב -G. סילבאסטרה להוציא להופיע amphoteric כפי שהם מכילים הקבוצה חומצה קרבוקסילית או שהם מתנהגים כך לפחות בנוכחות של האמולוציט בשימוש. מאז הגליפאות הן מולקולות ביואקטיביות טבעיות הדומות לחומצות ג'ימניקרופון, ניתן להשתמש בשיטת ה-"הארה" כדי להפריד ביניהן ממקורות טבעיים מורכבים. באופן דומה, פפטידים ממוצרים טבעיים עשויים גם להיות מבודדים באמצעות הגישה הזאת האנטי-משתמשים בשלב נוזלי.
חלק מההגבלות בגישה זו הן שלא כל המולקולות הקטנות יכולות להיות מפוגנות על ידי השיטה הבין-מלאכותית, כפי שהן חייבות להיות מסיסים במים ובלתי מואבקים, לפחות. התמצית משמש כאן הוכנו על ידי 50% מתנול החילוץ של חומר צמחי מיובש, אבל הוא מסיסים במים. השימוש בשיטת ה-הארה ב לתרכובות הממס והאמפיופאית נותר להראות כחלק מהממיסים האורגניים אינם תואמים לרכיבי המכשיר של הכלי. הנטייה של חלבונים כדי לזרז את נקודות איזואלקטריים שלהם (pI) בפתרונות כוח יוניים נמוכה ידועה היטב. עם זאת, במערכת החלפה, משקעים בחלבונים מופחתים כאשר החלבונים המתמקדים נשארים במחזור בנקודת הפאי שלהם.
אם אדם משתמש בריכוז גבוה של חלבונים בהפרדה הזאת, עלול להתרחש משקעים. כדי למזער את המשקעים בחלבון וכדי לשפר את התמקדות בחלבון, ניתן להשתמש באוריאה עד 3-5 מטרים Nonionic כגון ברנשים, דיגיטלי וריכוז נמוך של דטרגנטים (0.1-1%) יכולים לשמש גם כדי להפחית את צבירת החלבון במהלך השימוש ב-האו. עם זאת, אוריאה וחומרי ניקוי צריך להסיר לפני ניתוח החלבונים עבור פעילותם ובמקרים מסוימים, סוכנים אלה עשויים להשפיע על פונקציות חלבון. כמה צעדים קריטיים שכדאי לשקול במהלך הפעלת ה-it בשלב נוזלי כוללים את הטעינה של תא המיקוד ללא בועות אוויר, החלפת ממברנות היונים אם הם ניזוקו, והחלפת לחצני האוורור לאחר מספר מסוים של שימושים חוזרים.
לסיכום, באמצעות השיטה הנוזלית של הארה ב, הצגנו את הפרדת חומצות הביו-מיקרופון הביואקטיבית והגומארין מתמצית ה- G. סילבאסטרה . עוד, בשלב נוזלי הארה ב יכול להיות שימושי כדי להעשיר חלבונים סלקטיבית מתוך תמציות גולמי מורכבים של חיידקים פתוגניים.
המחברים רוצים להכריז לא על אינטרסים פיננסיים מתחרים.
אנו אסירי תודה על מקורות המימון של החטיבה לביולוגיה ומרכז ג'ונסון לחקר הסרטן עבור פרסים קצרים והרה, בהתאמה GV. אנו מודים גם לפרס הפוסט-דוקטורט של K-INBRE לקרוואן. עבודה זו נתמכת בחלקו של פרס הפיתוח המוסדי (הרעיון) מן המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית של המכון הלאומי לבריאות תחת מספר P20 GM103418. התוכן הוא אך ורק באחריות המחברים ואינו מייצג בהכרח את ההשקפות הרשמיות של המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית או המוסדות הלאומיים לבריאות. אנו מודים לסוקרים האנונימיים על הערותיהם השימושיות.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.45 µm syringe filter | Fisher scientfic | 09-720-004 | |
2-Mercaptoethanol | Sigma | M3148 | |
Ammonium carbonate | Sigma-Aldrich | 207861-500 | |
Bio-Lyte 3/10 Ampholyte | Bio-Rad | 163-1113 | |
Bio-Lyte 5/8 Ampholyte | Bio-Rad | 163-1192 | |
Compact low temperature thermostat | Lauda -Brinkmann | RM 6T | Set water cooling to 4 oC and it can be run even at 0 oC as when it passes through the Rotofor cooling core, the circulating water temperature will be around 5 or more depending on the voltage. |
Coomassie Brilliant Blue R | Sigma-Aldrich | B7920 | |
Dialysis tubing (3,500 MWCO) | Spectrum Spectra/Por | 132112T | |
Gymnema plant leaf extract powder (>25% Gymnemic acids) | Suan Farma, NJ USA | ||
Incubator | Lab companion | SI 300R | |
Microscope | Leica | DM 6B | |
Mini protean electrophoresis | Bio-Rad | ||
pH meter | Mettler Toledo | S20 | Useful to determine the pH of the Rotofor (liquid-phase IEF) fractions |
Rotofor | Bio-Rad | 170-2972 | http://www.bio-rad.com/webroot/web/pdf/lsr/literature/M1702950E.pdf (Rotofor Instruction manual for assembling the unit) |
RPMI-1640 Medium | HyClone | DH30255.01 | |
Sealing tape | Bio-Rad | 170-2960 | Scotch tape may also be used. |
Sorvall legend micro 17 centrifuge | Thermo scientific | 75002432 | |
TPP tissue culture plate -96 well flat bottom | TPP | TP92696 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved