Massaspectrometer meet biomoleculen duizend keer beter

Om de chemische reacties te kunnen ontrafelen die in cellen verantwoordelijk zijn voor de processen die met het leven samenhangen, is het van belang uit te vinden welke moleculen bij al die chemische reacties betrokken zijn. Door gebruik te maken van moderne analytische technieken kunnen echter minieme hoeveelheden van zowel lichaamseigen als lichaamsvreemde stoffen worden opgespoord. Veel sporters kunnen daarover meepraten.

Onlangs werd voor een van deze technieken, de massaspectrometrie, een nieuw wereldrecord gevestigd. Scheikundigen van Cornell University in de Verenigde Staten slaagden erin de eiwitten in een mengsel te identificeren, hoewel er van elk van deze maar zo'n 100.000 moleculen aanwezig waren. Dat lijkt een enorm aantal, maar valt in het niet vergeleken bij de 10 moleculen die zich in een milliliter van een niet al te geconcentreerde oplossing bevinden. Anders gezegd: die 100.000 moleculen vertegenwoordigen niet meer dan 1 procent van het eiwit in een enkele rode bloedcel (Science, 30 augustus).

Dat de techniek zo kon worden verbeterd - een factor duizend keer gevoeliger dan tot nu toe mogelijk was - is te danken aan de ontwikkeling van speciale, ultradunne glasbuisjes (capillairen) met een diameter van een paar duizendste millimeter. Hierin worden met behulp van een elektrisch veld de verschillende biomoleculen in oplossing van elkaar gescheiden, omdat deze in het algemeen verschillen in grootte en lading en daardoor met verschillende snelheden door het buisje voortbewegen. Aan het uiteinde van het capillair ontstaat uiteindelijk een spray van fijne druppeltjes, die in een hoogspanningsveld worden geladen. De moleculen raken hierbij voor een deel hun elektronen kwijt. Als vervolgens het oplosmiddel is verdampt, schieten de moleculen als positief geladen ionen de massaspectrometer in. Daar worden ze op lading en massa gescheiden en gedetecteerd. In feite is een massaspectrometer dan ook niets anders dan een weegschaal voor moleculen. Voor de nu ontwikkelde capillairen was niet alleen minder monster nodig, maar was ook de stroomsnelheid veel kleiner en de gevormde spray gerichter, zodat een groter gedeelte van elk monster kon worden gedetecteerd.

Zo konden de minieme hoeveelheden eiwit met molecuulmassa's van vele tienduizenden atomaire massa-eenheden (a.m.u.) tot op minder dan één a.m.u. nauwkeurig worden bepaald. Door ook de massa's van fragmenten te bekijken kon het eiwit ondubbelzinnig worden geïdentificeerd. Volgens de onderzoekers is de techniek niet alleen geschikt voor de identificatie van moleculen in afzonderlijke cellen, maar ook voor het bestuderen van een geïsoleerd biologisch systeem op het niveau van de cel, zoals het uiteinde van een zenuw, de synaps.