Рассмотрена возможность использования атомно-силовой микроскопии (АСМ) как базового метода для обнаружения белков в растворах с низкими концентрациями. Востребованность новых биоаналитических подходов обусловлена проблемой недостаточной чувствительности систем, используемых в рутинной практике для детекции белков. Приведены примеры использования в биоанализе комбинации методов АСМ и фишинга — способа концентрирования биомолекул из большого объёма анализируемого раствора на небольшом участке поверхности.
Плешакова Т.О., Ершова М.О., Валуева А.А., Иванова И.А., Иванов Ю.Д., Арчаков А.И. (2024) Технология АСМ-фишинга для обнаружения белков в растворах. Биомедицинская химия, 70(5), 273-286.
Плешакова Т.О. и др. Технология АСМ-фишинга для обнаружения белков в растворах // Биомедицинская химия. - 2024. - Т. 70. -N 5. - С. 273-286.
Плешакова Т.О. и др., "Технология АСМ-фишинга для обнаружения белков в растворах." Биомедицинская химия 70.5 (2024): 273-286.
Плешакова, Т. О., Ершова, М. О., Валуева, А. А., Иванова, И. А., Иванов, Ю. Д., Арчаков, А. И. (2024). Технология АСМ-фишинга для обнаружения белков в растворах. Биомедицинская химия, 70(5), 273-286.
Список литературы
Орехович В.Н. (1952) Современные представления о белках и их значение в биологии и медицине, Всесоюзное общество по распространению политических и научных знаний, Москва, 2(60), 22 с. Scholar google search
Лисица А.В., Пономаренко Е.А., Лохов П.Г., Арчаков А.И. (2016) Постгеномная медицина: альтернатива биомаркерам. Вестник российской академии медицинских наук, 71(3), 255–260. CrossRef Scholar google search
Archakov A.I., Ivanov Y.D., Lisitsa A.V., Zgoda V.G. (2007) AFM fishing nanotechnology is the way to reverse the Avogadro number in proteomics. Proteomics, 7(1), 4–9. CrossRef Scholar google search
Pleshakova T.O., Ivanov Y.D., Valueva A.A., Shumyantseva V.V., Ilgisonis E.V., Ponomarenko E.A., Lisitsa A.V., Chekhonin V.P., Archakov A.I. (2023) Analysis of single biomacromolecules and viruses: Is it a myth or reality? Int. J. Mol. Sci., 24(3), 1877. CrossRef Scholar google search
Lisitsa A., Poverennaya E., Ponomarenko E., Archakov A. (2015) The width of the human plasma proteome compared with a cancer cell line and bacteria. J. Biomol. Res. Ther., 4(3), 132. CrossRef Scholar google search
Медведева Н.В., Ипатова О.М., Иванов Ю.Д., Дрожжин А.И., Арчаков А.И. (2006) Нанобиотехнология и наномедицина. Биомедицинская химия, 52(6), 529–546. Scholar google search
Ponomarenko E., Baranova A., Lisitsa A., Albar J.P., Archakov A. (2014) The chromosome-centric human proteome project at FEBS congress. Proteomics, 14(2–3), 147–152. CrossRef Scholar google search
Hori S.S., Gambhir S.S. (2011) Mathematical model identifies blood biomarker-based early cancer detection strategies and limitations. Sci. Transl. Med., 3(109), 109ra116. CrossRef Scholar google search
Rissin D.M., Kan C.W., Campbell T.G., Howes S.C., Fournier D.R., Song L., Piech T., Patel P.P., Chang L., Rivnak A.J., Ferrell E.P., Randall J.D., Provuncher G.K., Walt D.R., Duffy D.C. (2010) Single-molecule enzyme-linked immunosorbent assay detects serum proteins at subfemtomolar concentrations. Nat. Biotechnol., 28(6), 595–599. CrossRef Scholar google search
Брюховецкий А.С., Шевченко В.Е., Чехонин В.П., Брюховецкий И.С., Ковалев С.В., Баклаушев В.П., Давыдов М.И. (2013) Сравнительное протеомное картирование опухолевых стволовых клеток, выделенных из глиобластомы линии U87, нейрональных стволовых и мультипотентных мезенхимных стромальных клеток человека: от каталогизации клеточных белков к инновационной парадигме протеом-основанной клеточной терапии опухолей. Гены и клетки, 8(2), 85–92. CrossRef Scholar google search
Пономаренко Е.А., Згода В.Г., Копылов А.Т., Поверенная Е.В., Ильгисонис Е.В., Лисица А.В., Арчаков А.И. (2015) Россия в международном проекте “Протеом человека”: первые итоги и перспективы. Биомедицинская химия, 61(2), 169–175. CrossRef Scholar google search
Archakov A.I., Ivanov Yu.D. (2007) Analytical nanobiotechnology for medicine diagnostics. Mol. BioSyst., 3, 336–342. CrossRef Scholar google search
Anderson N.L. (2010) The clinical plasma proteome: A survey of clinical assays for proteins in plasma and serum. Clin. Chem., 56(2), 177–185. CrossRef Scholar google search
Geyer P.E., Holdt L.M., Teupser D., Mann M. (2017) Revisiting biomarker discovery by plasma proteomics. Mol. Syst. Biol., 13(9), 942. CrossRef Scholar google search
Нарыжный С.Н., Згода В.Г., Майнскова М.А., Ронжина Н.Л., Белякова Н.В., Легина О.К., Арчаков А.И. (2015) Экспериментальная оценка размера протеомов клеток и плазмы крови человека. Биомедицинская химия, 61(2), 279–285. CrossRef Scholar google search
Archakov A., Ivanov Y., Lisitsa A., Zgoda V. (2009) Biospecific irreversible fishing coupled with atomic force microscopy for detection of extremely low-abundant proteins. Proteomics, 9(5), 1326–1343. CrossRef Scholar google search
Сердюк И., Заккаи И., Заккаи Д. (2009) Методы в молекулярной биофизике. Структура. Функция. Динамика, КДУ, Москва 568 с. Scholar google search
Плешакова Т.О., Шумов И.Д., Иванов Ю.Д., Мальсагова К.А., Кайшева А.Л., Арчаков А.И. (2015) АСМ-технологии как путь к обратному числу Авогадро. Биомедицинская химия, 61(2), 239–253. CrossRef Scholar google search
Eftimov T., Genova-Kalou P., Dyankov G., Bock W.J., Mankov V., Shoar Ghaffari S., Veselinov P., Arapova A., Makouei S. (2023) Capabilities of double-resonance LPG and SPR methods for hypersensitive detection of SARS-CoV-2 structural proteins: A comparative study. Biosensors, 13(3), 318. CrossRef Scholar google search
Ahmadivand A., Gerislioglu B., Ramezani Z., Kaushik A., Manickam P., Ghoreishi S.A. (2021) Functionalized terahertz plasmonic metasensors: Femtomolar-level detection of SARS-CoV-2 spike proteins. Biosens. Bioelectron., 177, 112971. CrossRef Scholar google search
Bodily T.A., Ramanathan A., Wei S., Karkisaval A., Bhatt N., Jerez C., Haque M.A., Ramil A., Heda P., Wang Y., Kumar S., Leite M., Li T., Zhao J., Lal R. (2023) In pursuit of degenerative disease diagnosis: Dementia biomarkers detected by DNA aptamer-attached portable graphene biosensor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 120(47), e2311565120. CrossRef Scholar google search
Allison D.P., Mortensen N.P., Sullivan C.J., Doktycz M.J. (2010) Atomic force microscopy of biological samples. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol., 2(6), 618–634. CrossRef Scholar google search
Pleshakova T., Bukharina N., Archakov A., Ivanov Y. (2018) Atomic force microscopy for protein detection and their physicochemical characterization. Int. J. Mol. Sci., 19(4), 1142. CrossRef Scholar google search
Sheiko S.S., da Silva M., Shirvaniants D., LaRu, I., Prokhorova S., Moeller M., Matyjaszewski K. (2003) Measuring molecular weight by atomic force microscopy. J. Am. Chem. Soc., 125(22), 6725–6728. CrossRef Scholar google search
Синяков А.Н. (2007) Биочипы: диагноз — дело техники! Наука из первых рук, 5(17), 40-49. Scholar google search
Nettikadan S.R., Johnson J.C., Vengasandra S.G., Muys J., Henderson E. (2004) ViriChip: A solid phase assay for detection and identification of viruses by atomic force microscopy. Nanotechnology, 15, 383. CrossRef Scholar google search
Дубровин Е.В., Преснова Г.В., Рубцова М.Ю., Егоров А.М., Григоренко В.Г., Яминский И.В. (2015) Применение атомно-силовой микроскопии для 3D-анализа результатов гибридизации нуклеиновых кислот на микрочипах. Acta Naturae (русскоязычная версия), 7(2), 108–114. CrossRef Scholar google search
Talapatra A., Rouse R., Hardiman G. (2002) Protein microarrays: Challenges and promises. Pharmacogenomics, 3(4), 527–536. CrossRef Scholar google search
Maercker C. (2005) Protein arrays in functional genome research. Biosci. Rep., 25(1-2), 57–70. CrossRef Scholar google search
Janovjak H., Kessler M., Oesterhelt D., Gaub H., Müller D.J. (2003) Unfolding pathways of native bacteriorhodopsin depend on temperature. EMBO J., 22(19), 5220–5229. CrossRef Scholar google search
Valueva A.A., Shumov I.D., Kaysheva A.L., Ivanova I.A., Ziborov V.S., Ivanov Y.D., Pleshakova T.O. (2020) Covalent protein immobilization onto muscovite mica surface with a photocrosslinker. Minerals, 10(5), 464. CrossRef Scholar google search
Gold L., Walker J.J., Wilcox S.K., Williams S. (2012) Advances in human proteomics at high scale with the SOMAscan proteomics platform. New Biotechnol., 29(5), 543–549. CrossRef Scholar google search
Rohloff J.C., Gelinas A.D., Jarvis T.C., Ochsner U.A., Schneider D.J., Gold L., Janjic N. (2014) Nucleic acid ligands with protein-like side chains: Modified aptamers and their use as diagnostic and therapeutic agents. Mol. Ther. Nucleic Acids, 3(10), e201. CrossRef Scholar google search
Ivanov Y.D., Pleshakova T., Malsagova K., Kozlov A., Kaysheva A., Kopylov A., Izotov A., Andreeva E., Kanashenko S., Usanov S., Archakov A. (2014) Highly sensitive protein detection by combination of atomic force microscopy fishing with charge generation and mass spectrometry analysis. FEBS J., 281(20), 4705–4717. CrossRef Scholar google search
Французов П.А. (2010) Атомно-силовые чипы для выявления маркеров заболеваний вирусными гепатитами B и C. Дисс. канд. наук, НИИ биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, Москва. Scholar google search
Pleshakova T.O., Kaysheva A.L., Bayzyanova J.M., Anashkina A.S., Uchaikin V.F., Shumov I.D., Ziborov V.S., Konev V.A., Archakov A.I., Ivanov Yu.D. (2017) Advantages of aptamers as ligands upon protein detection by AFM-based fishing. Anal. Methods, 9, 6049–6060. CrossRef Scholar google search
Guo L., Kim D.-H. (2012) LSPR biomolecular assay with high sensitivity induced by aptamer-antigen-antibody sandwich complex. Biosens. Bioelectron., 31(1), 567–570. CrossRef Scholar google search
Horton M., Charras G., Lehenkari P. (2002) Analysis of ligand-receptor interactions in cells by atomic force microscopy. J. Recept. Signal Transduct. Res., 22(1–4), 169–190. CrossRef Scholar google search
Chtcheglova L.A., Shubeita G.T., Sekatskii S.K., Dietler G. (2004) Force spectroscopy with a small dithering of AFM tip: Amethod of direct and continuous measurement of the spring constant of single molecules and molecular complexes. Biophys. J., 86(2), 1177–1184. CrossRef Scholar google search
Zapotoczny S., Auletta T., de Jong M.R., Schönherr H., Huskens J., van Veggel F.C.J.M., Reinhoudt D.N., Vancso G.J. (2002) Chain length and concentration dependence of β-cyclodextrin-ferrocene host-guest complex rupture forces probed by dynamic force spectroscopy. Langmuir, 18(18), 6988–6994. CrossRef Scholar google search
Ivanov Y.D., Bukharina N.S., Pleshakova T.O., Frantsuzov P.A., Andreeva E.Y., Kaysheva A.L., Zgoda V.G., Izotov A.A., Pavlova T.I., Ziborov V.S., Radko S.P., Moshkovskii S.A., Archakov A.I. (2014) Atomic force microscopy fishing and mass spectrometry identification of gp120 on immobilized aptamers. Int. J. Nanomedicine, 9, 4659–4670. CrossRef Scholar google search
Allen S., Chen X., Davies J., Davies M.C., Dawkes A.C., Edwards J.C., Roberts C.J., Sefton J., Tendler S.J.B., Williams P.M. (1997) Detection of antigen-antibody binding events with the atomic force microscope. Biochemistry, 36(24), 7457–7463. CrossRef Scholar google search
Бухарина Н.С., Иванов Ю.Д., Плешакова Т.О., Французов П.А., Андреева Е.Ю., Кайшева А.Л., Изотов А.А., Павлова Т.И., Зиборов В.С., Радько С.П., Арчаков А.И. (2015) АСМ-фишинг белка gp120 на иммобилизованные аптамеры и его масс-спектрометрическая идентификация. Биомедицинская химия, 61(3), 363–372. CrossRef Scholar google search
Pleshakova T.O., Kaysheva A.L., Bayzyanova J.M., Anashkina A.S., Uchaikin V.F., Ziborov V.S., Konev V.A., Archakov A.I., Ivanov Y.D. (2018) The detection of hepatitis C virus core antigen using AFM chips with immobolized aptamers. J. Virol. Methods, 251, 99–105. CrossRef Scholar google search
Pleshakova T., Kaysheva A., Shumov I., Ziborov V., Bayzyanova J., Konev V., Uchaikin V., Archakov A., Ivanov Y. (2019) Detection of hepatitis C virus core protein in serum using aptamer-functionalized AFM chips. Micromachines, 10(2), 129. CrossRef Scholar google search
Islam M.S., Lee H.G., Choo J., Song J.M., Kang S.H. (2010) High sensitive detection of C-reactive protein by total internal reflection fluorescence microscopy on rapidly making nanoarray protein chip. Talanta, 81(4–5), 1402–1408. CrossRef Scholar google search
Lee S., Cho N.-P., Kim J.D., Jung H., Kang S.H. (2009) An ultra-sensitive nanoarray chip based on single-molecule sandwich immunoassay and TIRFM for protein detection in biologic fluids. Analyst, 134(5), 933–938. CrossRef Scholar google search
Zhang B., Xu G., Evans J.S. (1999) A kinetic molecular model of the reversible unfolding and refolding of titin under force extension. Biophys. J., 77(3), 1306–1315. CrossRef Scholar google search
Choi H.S., Huh J., Jo W.H. (2003) Similarity of force-induced unfolding of apomyoglobin to its chemical-induced unfolding: An atomistic molecular dynamics simulation approach. Biophys. J., 85(3), 1492–1502. CrossRef Scholar google search
