Масс-спектрометрия взяла рекордный вес

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №1)

pic_2019_01_08-2.jpg

Устройство наномеханической резонирующей системы для измерения массы тяжелых комплексов белков и вирусов

Наномеханический масс-спектрометр впервые смог точно «взвесить» большой ДНК-вирус массой 105 MДа. Новая аналитическая система позволяет детектировать отдельные молекулы, масса которых выходит за пределы диапазона, в котором работают обычные масс-спектрометры («Science», 2018; doi: 10.1126/science.aat6457).

Первый прибор для определения масс атомов и молекул — масс-спектрограф — в 1912 году разработал первооткрыватель электрона, лауреат Нобелевской премии по физике 1906 года Джозеф Джон Томсон. На этом приборе, в котором спектры строились с помощью фотопластинок, были получены масс-спектры молекул кислорода, азота, угарного газа, углекислого газа и фосгена. В 1919 году, когда от детектирования заряженных частиц при помощи фотопластинок перешли к измерению ионных токов, метод стал называться масс-спектрометрией. Первый масс-спектрометр использовался для разделения изотопов химических элементов и мог измерять массы не более 130 дальтон. На протяжении столетия масс-спектрометрия училась справляться со все более тяжелыми массами. В наше время коммерчески доступные масс-спектрометры работают с белками и полимерами до 1 МДа, а устройства, модифицированные в лабораториях, — и с молекулами, масса которых достигает 10 МДа. Массы более тяжелых молекул фактически не поддаются достоверному измерению — ионы, образуемые ими, слишком медленно перемещаются в направлении детектора под воздействием электрических или магнитных полей.

Французские и канадские исследователи под руководством Кристофа Массело и Себастьена Хентца создали устройство, которое определяет массы частиц в диапазоне от 106 до 109 Да — это массы комплексов белков, вирусов и нуклеиновых кислот. По словам Массело, они старались отойти от классической конструкции масс-спектрометра и найти способ направлять частицы в наномеханический детектор.

Для определения массы сначала непрерывно ионизируют раствор, содержащий частицы ДНК-вируса Т5, методом нано-электрораспылительной ионизации. В камере инструмента ионизированные капли смешиваются с газообразным гелием. Затем эта смесь проходит через аэродинамическую линзу — камеру низкого давления с тремя отверстиями, использующими инерцию частиц для их фокусировки в плотный поток. Это происходит так. По мере прохождения смеси через каждое из трех отверстий гелий быстро диффундирует в камеру, а менее поворотливые частицы с большой массой диффундируют медленнее. При прохождении частиц через каждое отверстие траектория движения пучка частиц становится все более плотной — при движении через различные отверстия частицы сближаются.

В итоге сфокусированный поток частиц попадает в детектор, спроектированный для интересовавшего исследователей диапазона масс 106—109 Да. Детектор масс представляет собой систему 20 наномеханических резонаторов, вытравленных на поверхности кремния. Когда вирус попадает на резонатор, частота колебаний резонатора меняется, причем это изменение определяется массой частицы.

При испытаниях устройства измерили массы 650 вирусов Т5, и после нормализованного распределения масса вируса была определена как 108,4 МДа. Это на 2,8% больше, чем его молекулярная масса, определенная альтернативными способами (105,4 МДа), возможно, из-за того, что в процессе ионизации вирус насыщается солями. Как отмечает Массело, акустическая система фокусировки пучка, содержащего частицы с большой массой, может быть легко модифицирована для направления вирусов на наномеханические детекторы иного типа — предназначенных для определения размеров частиц, их формы или жесткости.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 1/2019) на с. 8 — 9.

Разные разности

05.02.2019 15:30:00

В числе награжденных оказался и наш постоянный автор Аркадий Курамшин, ставший лауреатом в специальной номинации за «Популяризацию химии»

>>
04.02.2019 14:00:00

...в «Physical Review Letters» готовится к публикации статья о материале, обладающем сверхпроводимостью при температуре, близкой к комнатной...

…президенты академий наук КНР и США заявили о необходимости срочно выработать международное соглашение по генному редактированию клеток зародышевой линии человека...

...результаты добровольной алкоголизации крыс, которые оценивали в различных тестах, говорят о том, что решающий фактор склонности к потреблению этанола — низкая адаптивность...


>>
29.01.2019 16:00:00

Восемь лет назад В.И.Глазко рассказал нашему журналу про гипотезу отбора на дурака. Согласно ей, стресс ведет к тому, что среди эмбрионов выживают менее специализированные формы. В таких условиях резко снижаются качество нового поколения и, если речь идет о человеке, его умственные способности. Похоже, что исследователи из Лейденского и Лундского университетов нашли механизм такого отбора.

>>
23.01.2019 10:00:00

Горлица — дикий голубь, довольно близкий родственник обитающих в городах голубей. Считается, что охота и исчезновение сорняков на полях Европы ведут к уменьшению численности этих птиц, и она попала в список уязвимых видов. Есть и еще одна причина: вытеснение кольчатой горлицей.

>>
09.01.2019 10:00:00

…на Марс совершила посадку первая геофизическая обсерватория InSight, представители NASA заявляют, что работы будут протекать по плану...

…человек может наследовать митохондрии не только от матери, но также от отца, и это бывает причиной патологий...

…возраст образцов наскальной живописи на острове Борнео — не менее 40 тыс. лет; на сегодня это самые древние изображения...


>>