روش ساده و موثر می تواند تاخوردگی اشتباه پروتئین را در مراحل اولیه بیماری عصبی تشخیص دهد



بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند بیماری آلزایمر یا پارکینسون ناشی از خطاهای چین‌خوردگی (تاخوردگی نادرست) در پروتئین‌ها یا پپتیدها، یعنی تغییر در ساختار فضایی آنهاست. این نتیجه انحرافات جزئی در ترکیب شیمیایی مولکول های زیستی است. محققان مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) روشی ساده و موثر برای تشخیص چنین تاخوردگی های نادرست در مراحل اولیه بیماری ابداع کرده اند. تا شدن نادرست توسط ساختار باقیمانده خشک شده از محلول های پروتئین و پپتید آشکار می شود. این روش شامل تجزیه و تحلیل میکروگراف ها با شبکه های عصبی است و دقت پیش بینی بیش از 99 درصد دارد. نتایج در منتشر شده است مواد پیشرفته.

ساختار بیوشیمیایی پروتئین ها و پپتیدها عملکرد بیولوژیکی آنها را تعیین می کند. نشانه های زیادی وجود دارد که نشان می دهد حتی تغییرات ساختاری یا فضایی کوچک می تواند باعث پیشرفت بیماری ها شود. بسیاری از بیماری های نورودژنراتیو را به تا زدن نادرست پروتئین ها و پپتیدها نسبت می دهند که ناشی از چنین تغییراتی است. پپتیدهای آمیلوئید بتا (Aβ42) نقش کلیدی در بیماری آلزایمر دارند. آنها در یک باقیمانده اسید آمینه واحد متفاوت هستند و نشان دهنده جهش های ارثی بیماری آلزایمر هستند.

تاکنون روش ساده و دقیقی برای پیش‌بینی جهش در پروتئین‌ها وجود نداشته است. در مؤسسه رابط‌های عملکردی KIT (IFG)، یک گروه تحقیقاتی به رهبری پروفسور Jörg Lahann روشی را برای تشخیص تاخوردگی نادرست از طریق ساختار محلول‌های پروتئین و پپتید خشک شده توسعه داده‌اند. لاهان، نویسنده این مطالعه، در تشریح نتایج گفت: الگوهای لکه‌ها نه تنها مشخصه و قابل تکرار بودند، بلکه منجر به طبقه‌بندی هشت جهش با دقت پیش‌بینی بیش از 99 درصد شدند. این گروه نشان داد که اطلاعات حیاتی در مورد ساختارهای اولیه و ثانویه پپتیدها را می توان از لکه های باقی مانده با خشک کردن قطرات محلول پپتید بر روی یک سطح جامد به دست آورد.

الگوها را به عنوان اثر انگشت پپتیدی دقیق لکه دار کنید

محلول های پروتئین و پپتید به طور دقیق روی لام های شیشه ای توسط یک سیستم پیپتینگ خودکار قرار می گیرند تا از نتایج کنترل شده و قابل تکرار اطمینان حاصل شود. سطوح اسلایدها از قبل با پوشش پلیمری آبگریز آماده شده بودند. برای تجزیه و تحلیل الگوهای پیچیده رنگ آمیزی از قطرات خشک شده، محققان تصاویری را با استفاده از میکروسکوپ پلاریزاسیون به دست آوردند. سپس تصاویر با شبکه های عصبی یادگیری عمیق مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.

لاهان درباره نتایج می‌گوید: «از آنجایی که ساختارها بسیار شبیه هستند و تشخیص آنها با چشم غیرمسلح دشوار است، قطعاً شگفت‌انگیز بود که شبکه‌های عصبی تا این حد مؤثر بودند». الگوهای رنگ آمیزی پپتیدهای بتا به عنوان اثر انگشت دقیقی عمل می کند که هویت ساختاری و فضایی یک پپتید را منعکس می کند. به گفته لاهان، این فناوری امکان شناسایی انواع آلزایمر را با حداکثر وضوح در چند دقیقه فراهم می کند.

آماده سازی نمونه ساده تشخیص سریع را ارائه می دهد

نتایج نشان می دهد که روشی به سادگی خشک کردن یک قطره محلول پپتید بر روی یک سطح جامد می تواند به عنوان شاخصی برای تفاوت های جزئی در ساختارهای اولیه و ثانویه پپتیدها عمل کند. لاهان می‌گوید: «روش‌های تشخیص دقیق و مقیاس‌پذیر برای طبقه‌بندی تغییرات پروتئین ساختاری و ساختاری به منظور رمزگشایی علائم پاتولوژیک بیماری‌هایی مانند آلزایمر و پارکینسون، ضروری است. همچنین یک روش نسبتاً ساده است که نیازی به آماده‌سازی دقیق نمونه‌ها ندارد و بنابراین تشخیص ساده و پسند بیمار را ممکن می‌سازد. علاوه بر این، این روش پتانسیل زیادی برای کاربردهای دیگر در تشخیص پزشکی و در تشخیص مولکولی بیماری ها دارد. (sfo)

منبع:

موسسه فناوری کارلسروهه (KIT)

مرجع مجله:

Jeihanipour, A & Lahann, J., (2022) طبقه بندی به کمک یادگیری عمیق جهش یافته های بتا آمیلوئید با استفاده از الگوهای قطرات خشک کردن. مواد پیشرفته. doi.org/10.1002/adma.202110404.



منبع