Proteomika to wciąż stosunkowo młoda dziedzina badań, która analizuje całość wszystkich białek (proteom) i stara się dowiedzieć, jakie białka znajdują się w komórkach, jakie mają funkcje i jak współdziałają. Nasze ciało składa się z tysięcy różnych białek. A enzymy, , które również składają się z białek, regulują ważne procesy metaboliczne.
Dzięki proteomice możemy stworzyć rodzaj ogromnej biblioteki, w której białka są klasyfikowane i porządkowane. Dzięki temu zyskujemy lepsze zrozumienie powiązań w naszym ciele i możemy zrozumieć, jakie procesy są zaburzone w chorobach lub jak leki działają na organizm. W tym artykule wyjaśnimy w przystępny sposób, czym jest proteomika, co ma wspólnego z epigenetyką i jak możemy wykorzystać tę technikę.
Co to jest proteomika?
Całkowicie obiektywnie, proteomika to wszechstronne badanie i analiza proteomu, czyli całości wszystkich białek, które w danej chwili są eksprymowane w komórce, tkance, organizmie lub specyficznym systemie biologicznym. Zajmuje się identyfikacją, ilościowaniem, strukturą, funkcją oraz interakcjami białek, a także ich zmianami w różnych warunkach.
Dzięki zastosowaniu zaawansowanych technologii, takich jak spektrometria mas i narzędzia bioinformatyczne, proteomika ma na celu uzyskanie szczegółowego zrozumienia roli białek w procesach biologicznych i chorobach i w ten sposób znacząco przyczynia się do rozwoju nowych metod diagnostycznych, terapii oraz zrozumienia mechanizmów chorobowych.
Proteom jako garderoba twojego życia
Proteomika – czy można to wyjaśnić prościej?
Przyznaję, że złożone tło proteomiki nie jest łatwe do wyjaśnienia. W naszym artykule o epigenetyce porównaliśmy to do regulatorów głośności. Dla proteomiki możemy przywołać inną analogię: szafę.
Wyobraź sobie, że twoja szafa jest pełna różnych ubrań, z których każde pełni określoną funkcję. Każdy ubranie reprezentuje białko w twoim ciele, a całość wszystkich białek (czyli twojej szafy) nazywana jest proteomem.
Podobnie jak w przypadku szafy, proteom może być różnorodny, z szerokim wyborem białek odpowiedzialnych za różne funkcje i procesy komórkowe.Niektóre białka są jak twoje ulubione ubrania , , które nosisz często i które odgrywają ważną rolę w twoim codziennym życiu. Tutaj mówi się o białkach niezbędnych.
Inne białka są jak rzadko noszone lub sezonowe ubrania, które są potrzebne tylko w określonych okolicznościach.
Garderoba życia
Dokładnie tak, jak organizujesz swoją szafę w zależności od potrzeb i wybierasz określone ubrania, które pasują do twojego stylu, twój organizm reguluje ekspresję i aktywność różnych białek w zależności od wymagań i warunków. Ten proces nazywa się proteomiką i obejmuje badanie oraz analizę wszystkich białek w komórce, tkance lub organizmie w danym momencie.
Na przykład, gdy trenujesz, twoje ciało może produkować białka, które są ważne dla regeneracji mięśni i budowy nowej masy mięśniowej. Te białka są aktywowane, aby spełnić specyficzne wymagania twojego treningu. Podobnie jak możesz wybierać swoje ubrania sportowe, aby przygotować się do sesji treningowej, twoje ciało wybiera określone białka, aby umożliwić fizjologiczne dostosowania do treningu.
Proteomika pozwala nam badać złożoną interakcję białek w systemach biologicznych i zrozumieć, jak reagują na różne czynniki środowiskowe, choroby lub interwencje terapeutyczne. Dzięki analizie proteomu możemy uzyskać wgląd w funkcjonowanie komórek i tkanek oraz odkrywać nowe możliwości diagnostyki, leczenia i zapobiegania chorobom. Badamy, um pozostać przy analogii, które „ubrania” w jakich sytuacjach życiowych są używane.
Dlaczego wykorzystuje się proteomikę?
Proteomika oferuje rodzaj „na żywo wgląd” w komórkę. Dotychczas dzięki genetyce mogliśmy „tylko” ujawniać plany budowy. Dzięki proteomice możliwe jest teraz uzyskanie nowej perspektywy. Możemy zobaczyć, czy białka są ponownie modyfikowane po ich translacji, z.B. poprzez fosforylacje lub glikozylacje. Oznacza to, że uzyskujemy bardziej szczegółowy wgląd w procesy komórkowe. W ten sposób badacze mogą również lepiej badać interakcje białko-białko i tym samym lepiej rozumieć złożone biologiczne szlaki sygnałowe.
Jakie korzyści oferuje proteomika?
Proteomika jest następnym krokiem w kierunku bardziej spersonalizowanej medycyny.Dzięki wysiłkom badawczym w przyszłości może być możliwe lepsze identyfikowanie nowych biomarkerów dla chorób lub terapeutycznych celów molekularnych. Ponadto, dzięki proteomice możemy zwiększyć nasze zrozumienie, jak leki działają na organizm.
Badania są jeszcze na stosunkowo wczesnym etapie, jednak już istnieje kilka bardzo interesujących badań. W tej badaniu przetestowano 36 osób z różnymi warunkami przed i po wysiłku fizycznym. Analizy były niezwykle obszerne, od testów krwi, przez analizy proteomowe, aż po analizy genetyczne. Naukowcy mogli stwierdzić, że niektóre białka nadają się jako markery dla późniejszej wydajności w teście wytrzymałościowym. Ponadto odkryli, że osoby z opornością na insulinę wykazują zmienioną reakcję na wysiłek fizyczny.Zanim wyprowadzi się dokładne podejścia terapeutyczne, należy jeszcze przeprowadzić nieco więcej badań, ale wyniki są jak dotąd niezwykle interesujące.
Jak mierzy się białka?
Istnieje wiele metod pomiaru białek. Dla proteomiki ogromne znaczenie ma spektrometr masowy. Jak działa takie urządzenie?
Spektrometr masowy jest jak wyrafinowana waga, która sortuje maleńkie cząsteczki, takie jak białka czy peptydy (krótkie fragmenty białek) według ich wagi. Wyobraź sobie, że masz worek z kulkami o różnej wielkości i chcesz je uporządkować według rozmiaru. Spektrometr masowy zasadniczo robi to samo, tylko z cząsteczkami. Abyś lepiej zrozumiał proces, przedstawiliśmy poszczególne kroki pracy w jak najprostszy sposób:
Odkryj swoje proteomy dzięki teście profilu molekularnego od MoleQlar. Dowiedz się więcej teraz.
Krok 1: Przygotowanie próbki
Najpierw białka są ekstrahowane z próbki komórkowej lub tkankowej. Ponieważ białka są zbyt duże i złożone, aby mogły być analizowane bezpośrednio, „dzieli się” je na mniejsze części, zwane peptydami, w procesie zwanym trawieniem (podobnie jak podczas jedzenia).
Krok 2: Jonizacja
Peptydy są następnie wprowadzane do spektrometru mas, gdzie są jonizowane. Oznacza to, że peptydy są naładowane elektrycznie, podobnie jak gdy pocierasz balony o swoje włosy, a następnie „przyklejają się” do ściany.
Krok 3: Lot przez spektrometr masowy
Naładowane peptydy są przesyłane przez spektrometr masowy. Urządzenie wykorzystuje pola elektryczne do przyspieszania peptydów. Im lżejszy jest peptyd, tym szybciej porusza się przez urządzenie. To tak, jakbyś dmuchał różne rozmiary piłek przez tunel aerodynamiczny; mniejsze lecą szybciej niż większe.
Krok 4: Detekcja
Na końcu „lotu” peptydy docierają do detektora. Detektor mierzy, jak szybko każdy peptyd dotarł, co pozwala wnioskować o jego wadze (dokładniej, stosunku masy do ładunku). Informacje te są przedstawiane w spektrum, które wygląda jak wykres górski, z szczytami odpowiadającymi różnym peptydom.
Krok 5: Analiza danych
Zebrane dane – widmo masowe – są porównywane z bazą danych, która zawiera informacje o znanych peptydach i białkach. Dzięki temu porównaniu naukowcy mogą ustalić, które białka były obecne w próbce i w jakiej ilości.
Spektrometr masowy działa więc jak bardzo precyzyjna waga, która dzieli białka na mniejsze części, naładowuje te części elektrycznie, a następnie pozwala im przelecieć przez urządzenie i mierzy, jak szybko się poruszają. Te informacje pomagają nam zrozumieć, które białka są obecne w komórce lub tkance i jak one funkcjonują.
Podsumowanie dotyczące proteomiki
Proteomika jest jeszcze stosunkowo młodą dziedziną badań.Jednym z pierwszych artykułów na ten temat ukazał się w 2000 roku w renomowanym czasopiśmie Lancet pod tytułem: „Preotomics: nowe perspektywy, nowe możliwości biomedyczne“.
Od tego czasu w badaniach zaszło wiele zmian. Metody stały się coraz bardziej zaawansowane i tańsze, co umożliwiło badanie proteomiki na większą skalę. Dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji (SI) nauka może lepiej analizować ogromne ilości danych i w ten sposób przy pomocy proteomiki odkrywać nowe biomarkery lub rozwijać nowe terapie.
