Высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R в пробоподготовке для протеомики


Подготовка белковых проб для масс-спектрометрического (MS) анализа в клинической протеомике требует полного удаления солей, детергентов и хаотропных агентов без потери целевых молекул. Традиционный метод фильтр-ассистируемой подготовки проб (FASP) демонстрирует высокую воспроизводимость на одиночных спин-колонках при ультрацентрифугировании. Однако при попытке масштабировать процесс до 96-луночных планшетов исследователи сталкиваются с падением скорости фильтрации из-за конструктивных ограничений планшетных роторов.

Использование специализированного лабораторного оборудования, такого как настольная высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R, позволяет оптимизировать индивидуальную пробоподготовку на ультрафильтрационных мембранах, поддерживая необходимое ускорение для быстрой седиментации и очистки белковых фракций.


Почему падение центробежной силы увеличивает время пробоподготовки в разы

Основная проблема масштабирования классического метода FASP на многолуночные планшеты заключается в физическом ограничении прочности пластика планшетов и конструкции бакет-роторов. В то время как индивидуальная микроцентрифужная колонка в фиксированном угловом роторе легко выдерживает перегрузки до 14 000 × g и более, стандартный 96-луночный ультрафильтрационный планшет рассчитан на максимальное ускорение всего до 2 200 × g.

Снижение центробежной силы более чем в 6 раз приводит к критическому замедлению прохождения жидкости через мембраны с порогом отсечения (MWCO) 10–30 кДа. Время каждого из обязательных этапов центрифугирования (промывка, восстановление, алкилирование, ферментативный гидролиз и элюция) увеличивается с 10–15 минут до нескольких часов.

Для решения этой проблемы в высокопроизводительном анализе применяется альтернативный подход — метод MStern Blotting, использующий крупнопористые гидрофобные мембраны из поливинилиденфторида (PVDF) в сочетании с вакуумной фильтрацией или центрифугированием на умеренных скоростях. Однако для точечной работы с небольшими сериями образцов, где важна максимальная концентрация белка, незаменимым инструментом остается индивидуальная настольная высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R, обеспечивающая быстрое осаждение на плотных мембранах.


Сравнение эффективности FASP и MStern Blotting при подготовке протеомных проб

Выбор методики пробоподготовки напрямую влияет на количество идентифицированных белков и пептидов в масс-спектрометре. В таблице ниже представлены сравнительные параметры классического метода FASP на ультрафильтрационных мембранах и высокопроизвого метода MStern Blotting на PVDF-мембранах.

Параметр сравненияКлассический метод FASP (микроколонки)Высокопроизводительный MStern Blotting
Тип используемой мембраныГидрофильная регенерированная целлюлоза (MWCO 10–30 кДа)Крупнопористый гидрофобный PVDF (размер пор ~0.45 мкм)
Рекомендуемое ускорение14 000 × g (требуется высокоскоростная центрифуга)Вакуумный коллектор или низкоскоростное центрифугирование
Время прохождения жидкой фазы10–15 минут на один этап при максимальных оборотах< 1 минуты на один этап под вакуумом
Необходимость обессоливанияОбязательная стадия (колонки C18) перед вводом в LC-MSНе требуется (пептиды элюируются чистым растворителем)
Общее время обработки 96 пробДо 2 рабочих дней (при использовании планшетов на 2 200 × g)1 рабочий день (полный цикл подготовки)

При работе по протоколу FASP критически важно использовать качественные лабораторные центрифуги, способные стабильно поддерживать высокие обороты без перегрева камеры, так как тепловое воздействие может вызвать преждевременную денатурацию и агрегацию белков на фильтре.


Как высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R решает задачи препаративной биологии

Для рутинных анализов в малых объемах (до 1.5–2.0 мл) оптимально подходит высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R. Благодаря настольному исполнению она компактно размещается в лаборатории и обеспечивает быстрое разделение фаз.

Каковы ключевые технические преимущества центрифуги KeCheng 4-30R?

Высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R — это настольный прибор, предназначенный для разделения микрообъемов жидкостей. С угловым ротором на 12 микропробирок объемом 1.5/2.0 мл прибор разгоняется до 25 000 об/мин (44 021×g), а на роторе для 4 пробирок — до 30 000 об/мин (62 400×g), что сокращает общее время проведения серийных анализов.

Благодаря высокой стабильности поддержания скорости вращения (±10 об/мин) и автоматическому распознаванию ротора, высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R гарантирует воспроизводимость результатов при осаждении нуклеиновых кислот, очистке белков и подготовке образцов для ПЦР/ИФА. Для работы с большими объемами или другими типами пробирок в лабораториях также часто применяются универсальные настольные центрифуги, позволяющие гибко менять роторы под текущие задачи.


Физико-химические основы адсорбции белков на PVDF-мембранах

В отличие от ультрафильтрации, основанной на механическом удержании молекул по размеру пор, метод MStern Blotting использует физико-химические свойства поливинилиденфторида. PVDF — это высокогидрофобный полимер. При пропускании денатурированного белкового лизата через такую мембрану происходит эффективная адсорбция белков за счет гидрофобных взаимодействий.

Процесс протекает в три ключевых этапа:

  1. Активация мембраны: PVDF смачивают этанолом для перевода гидрофобных пор в смачиваемое состояние, после чего промывают буфером.
  2. Адсорбция белка: Белки, денатурированные мочевиной, связываются с поверхностью мембраны. Крупный размер пор (0.45 мкм) позволяет растворителям и солям мгновенно проходить сквозь фильтр под действием минимального разрежения или при центрифугировании на низких скоростях.
  3. Ферментативный гидролиз "на мембране" (On-membrane digestion): Трипсин добавляется непосредственно на влажную мембрану. Полученные пептиды теряют гидрофобные свойства, присущие цельной белковой молекуле, и легко вымываются слабым растворителем (например, 40% ацетонитрилом) без удержания на PVDF.

Для точного дозирования реагентов на этапе ферментативного гидролиза и промывки рекомендуется использовать автоматические дозаторы лабораторные, минимизирующие погрешность при работе с микрообъемами.


Практический кейс: валидация MStern Blotting на клинических образцах спинномозговой жидкости

В исследовании группы ученых метод MStern Blotting был протестирован на сложных биологических жидкостях с низким содержанием белка — моче и спинномозговой жидкости (ликворе).

Параметры эксперимента: - Объемы образцов: 150 мкл мочи и 10 мкл спинномозговой жидкости. - Подготовка: Восстановление дитиотрейтолом (DTT), алкилирование иодоацетамидом (IAA). - Фильтрация: Использование 96-луночного планшета с PVDF-мембраной на вакуумном коллекторе. - Гидролиз: Инкубация с трипсином в течение 2 часов при 37°C непосредственно на мембране.

Результаты: Масс-спектрометрический анализ LC-MS/MS показал высокую воспроизводимость метода. В образцах ликвора было надежно идентифицировано большое количество уникальных белков, что полностью соответствует результатам, получаемым при стандартном, но значительно более длительном и трудоемком методе FASP с последующим обессоливанием на C18-колонках. Отсутствие стадии обессоливания позволило избежать потери гидрофильных пептидов, что расширило динамический диапазон детектирования масс-спектрометра.


Нужна высокоскоростная центрифуга для протеомной пробоподготовки?

Для работы с малыми объемами образцов, высокими центробежными нагрузками и спин-колонками в протеомном анализе подойдет Высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R купить с доставкой по РФ | АССА ЛАБОРАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ из нашего каталога — рассмотрите ее как отправную точку.

Если нужна другая конфигурация — напишите нам, наш ведущий специалист Александра поможет подобрать подходящую модель под конкретизацию задачи.


Итог

Переход от классического метода FASP к мембранным технологиям типа MStern Blotting позволяет обойти ограничения по скорости фильтрации в многолуночных планшетах. При этом для индивидуальной высокоточной подготовки образцов и работы со спин-колонками на максимальных скоростях незаменимым инструментом остается надежная настольная центрифуга с высокими показателями центробежного ускорения.

Источники:

  1. Manza L.L., Stamer S.L., Ham A.J., Codreanu S.G., Liebler D.C. Sample preparation and digestion for proteomic analyses using spin filters. Proteomics, 2005, Vol. 5, pp. 1742-1745. DOI: 10.1002/pmic.200401063
  2. Wiśniewski J.R., Zougman A., Nagaraj N., Mann M. Universal sample preparation method for proteome analysis. Nature Methods, 2009, Vol. 6, pp. 359-362. DOI: 10.1038/nmeth.1322
  3. Switzar L., van Angeren J., Pinkse M., Kool J., Niessen W.M. A high-throughput sample preparation method for cellular proteomics using 96-well filter plates. Proteomics, 2013, Vol. 13, pp. 2980-2983. DOI: 10.1002/pmic.201300063

Подписка на материалы блога

Оставьте email, чтобы получать новые статьи, новости и обновления товарного портфеля АССА.

  • Высокоскоростная центрифуга KeCheng 4-30R в пробоподготовке для протеомики