Мас-спектрометрію навчили вимірювати окремі молекули

Нідерландським фізикам вдалося створити мас-спектрометр, який може безпосередньо вимірювати масу окремих молекул. Раніше мас-спектрометри працювали з молекулярними ансамблями, що призводило до низки труднощів у вимірі великих молекул: перекриттям спектру і додатковим складнощам у вимірі заряду іонізованих молекул. Новий метод дозволяє проаналізувати кожну молекулу окремо і уникнути цих проблем. Найближчим часом винахід отримає широке поширення в генній терапії, пишуть вчені в журналі.

Траєкторія нейтральної частинки (атома або молекули) не схильна до дії електричного і магнітного поля. А от якщо відібрати у неї кілька електронів, частинка знайде заряд, а її траєкторія в полі почне згинатися. Характер вигину траєкторії в полі визначатиметься масою частинки та її зарядом. Фізики вимірюють її відхилення від прямолінійного руху, з якого легко отримати відношення маси частинки до її заряду. Звідси - якщо відомий заряд - фізики знаходять масу молекули або атома. Такий метод називається мас-спектрометрією.

У свою чергу, мас-спектрометрія ділиться на безліч варіантів. Майже всі вони засновані на знаходженні маси молекули і її складових частин з графіка відліків щодо ставлення маси до заряду. Проблема полягає в тому, що для великих молекул (наприклад, білкових) отримати дані про заряди після іонізації не так просто. Вчені аналізують послідовні піки вимірювання безлічі молекул для знаходження потрібних даних про заряди і тільки потім визначають масу молекули.

Більш того, самі незначні структурні зміни молекул призводять до широкого розкиду в спектрі мас і провокують небажані перекриття, які негативно впливають на точність вимірювання. Вирішення такої проблеми - вимірювання кожної молекули окремо.

Група фізиків на чолі з Тобіасом Вернером (Tobias P. Wörner) з Утрехтського університету вирішила це завдання. Вчені продемонстрували одночасткову мас-спектрометрію з детектуванням заряду на основі орбітрапа - електрода, навколо якого обертаються іони. Орбітрап - не новий пристрій, проте раніше його використовували тільки для багаточастичних вимірювань. У новій роботі молекули потрапляють на орбітрап по одній.

Чутливість сучасних орбітрапів дозволяє аналізувати тисячі одиничних молекул за кілька хвилин. Сигнал, детектований орбітрапом, несе в собі відразу два показники: амплітуда пов'язана з зарядом іона, а частота визначає ставлення маси іона до заряду. Сигнал з орбітрапа відправляють у комп'ютер, де проводять його аналіз. Фізикам вдалося створити програму, здатну обробляти сигнал орбітрапа і видавати на вихід точну масу молекули. Вчені провели кілька вимірювань за допомогою нової установки і отримали результати, які добре узгоджуються з попередніми дослідженнями.

Так у вчених з'явилася можливість розглянути кожну молекулу окремо, а не вивчати спектр ансамблю, як це було раніше. Це особливо важливо для дослідження великих макромолекулярних сполук, вимірювання яких на інших мас-спектрометрах будуть давати похибку. За допомогою одночасткової мас-спектрометрії можна аналізувати величезну кількість різних комплексів: антитіла, рибосоми, білки та віруси.

Автори роботи впевнені, що їхній метод знайде широке застосування в генній терапії, де точні вимірювання відіграють ключову роль: головне завдання генної терапії - правильно додати ген у нешкідливий вірус, який доставить його до потрібної клітки. Цей ген повинен бути суворо визначеного розміру для того, щоб вірус зміг поглинути його правильно. За допомогою нового виду мас-спектрометрії можна зрозуміти, чи поглинений ген вірусом або які саме частини він поглинув.

Навіть без методу одночасткової мас-спектрометрії генна терапія вже допомогла мишам з «деменцією боксерів», а генну терапію проти гемофілії А назвали безпечною і ефективною в довгостроковій перспективі.