Кіріспе

Молекулалық биологияда қолданылатын талдамалық әдіс. Батыс блоты (кейде ақуыз иммуноблоты деп аталады) – молекулалық биология және иммуногенетикада тіндік гомогенат немесе экстракт үлгісіндегі белгілі бір ақуыздарды анықтау үшін кеңінен қолданылатын талдамалық әдіс. Бұл әдіс ақуыздарды анықтаумен қатар, күрделі ақуыз қоспасындағы әртүрлі ақуыздарды визуализациялау, ажырату және сандық өлшеу үшін де пайдаланылады. Батыс блот техникасы белгілі бір ақуызды кешеннен бөлу міндетін орындау үшін үш элементті қолданады: мөлшері бойынша бөлу, ақуызды қатты тірекке ауыстыру және мақсатты ақуызды визуализациялау үшін бірінші және екінші антиденені пайдалану арқылы белгілеу. Екінші антидене қосылады, ол бірінші антиденені таниды және оған байланысады. Екінші антидене бояу, иммунофлюоресценция және радиоактивтілік сияқты әртүрлі әдістермен визуализацияланады, бұл нақты мақсатты ақуызды жанама түрде анықтауға мүмкіндік береді. Адам сарысуындағы анти-ВИЧ антиденелерді анықтау үшін растаушы ВИЧ тестінде батыс блоты қолданылады. Белгілі ВИЧ-инфекцияланған жасушалардың ақуыздары жоғарыда көрсетілгендей мембранаға бөлінеді және жабылады. Содан кейін тексерілетін сарысу бірінші антиденемен инкубациялау кезеңінде қолданылады; еркін антидене жуылады, ал ферменттік сигналға байланысты екінші антигумандық антидене қосылады. Бұл жолақтар пациент сарысуында антидене бар ақуыздарды көрсетеді. Сонымен қатар, батыс блоты Creutzfeldt-Jakob ауруының нұсқасын анықтау үшін соңғы тест ретінде қолданылады, бұл – ірі қараның губка тәрізді энцефалопатиясы (BSE, көбінесе «қараңғы сиыр ауруы» деп аталады) бар ірі қарадан алынған ластанған сиыр етін тұтынумен байланысты прион ауруының түрі. Тағы бір қолданылуы – туляремияны диагностикалауда. Батыс блотының F. tularensis-ке қарсы антиденелерді анықтау қабілетін бағалау оның сезімталдығы шамамен 100% және ерекшелігі 99,6% құрайтынын көрсетті. Лайм ауруын тексерудің кейбір түрлерінде батыс блоттау қолданылады. Сонымен қатар, батыс блоты В гепатиті инфекциясын және HSV 2 (2 типті герпес) инфекциясын растау үшін тест ретінде қолданылуы мүмкін. Ветеринарияда батыс блоты кейде мысықтардың FIV+ статусын растау үшін қолданылады. Батыс блот техникасының қосымша қолданылуларының бірі – Дүниежүзілік допингке қарсы агенттік (WADA) тарапынан қолданылуы. Қан допингі – денедегі қызыл қан жасушаларының санын арттыру үшін белгілі бір әдістердің және/немесе заттардың дұрыс емес пайдаланылуы, бұл ағзаға бұлшық еттерге көбірек оттегі тасымалдауға және демек, төзімділікті және өнімділікті арттыруға мүмкіндік береді. Қан допингін қолдануға арналған үш кең таралған зат немесе әдіс бар, атап айтқанда, эритропоэтин (EPO), синтетикалық оттегі тасымалдаушылар және қан құю. Олардың барлығы WADA-ның тыйым салынған заттар мен әдістер тізімінде тыйым салынған. Батыс блот техникасы 2014 жылғы ФИФА Әлем чемпионатында допингке қарсы науқан кезінде қолданылды. Барлығы 1000-нан астам үлгі жиналып, Reichel және басқалар талдады. Горизонтальды SAR PAGE-ті және пленкаға орнатылған Velum SAR гельдерін қабылдау арқылы rEPO-ның микродозасын қолданудың ажырату қабілеті айтарлықтай артты. Ғылыми зерттеулерде батыс блотының қолданылымымен қатар, ол клиникалық зерттеулер саласында да қолданылады. Ақуызды тікелей анықтау процесіне қолданылатындықтан, батыс блоты клиникалық жағдайда жиі қолданылатын қуатты диагностикалық құрал ретінде қарастырылады. WB және ақуызды анықтау әдістері белгілі бір ақуыздар немесе антиденелер сияқты ауру биомаркерлерін табу үшін қолданылуы мүмкін. Бұл рак, аутоиммундық аурулар және приондық бұзылыстар сияқты ауруларды диагностикалау кезінде белгілі бір ақуыздарды анықтаудың тиімді әдісі деп саналады. Неврологиялық және онкологиялық ауруларды диагностикалауда қолданылатын бірнеше биомаркерлерді анықтау үшін вестерн блотты қолдану – бұл әдеттегі процедура. Мысалы, көп дәріге төзімділік пайда болуымен қатерлі ісікке тиімді емдеуді жүргізу өте қиын. Сондықтан МДР механизмін ерте, дәл және сезімтал анықтау, сондай-ақ клиникалық жағдайларда қолдану үшін тиімді химиотерапиялық тәсілдерді іздеу маңызды. P388/ADR, P388 және HCT 15 жасушалық желілеріндегі MDR1/P гликопротеинінің экспрессиясы WB әдісі арқылы тексеріледі. WB сонымен қатар MRP1 деңгейін анықтады. Басқа жағынан, батыс блоты әр түрлі ақуыз изоформаларын ажыратуға қабілетті болғандықтан, оны прион және ақуыз изоформаларымен байланысты ауруларды, мысалы, ракты диагностикалау үшін қолдануға болады. Мысалы, ми сұйықтығындағы 14-3-3 ақуыздарының изоформалық үлгісін батыс блоттау арқылы Creutzfeldt-Jakob ауруын анықтауға болады. Сондай-ақ, шаруалар өкпесі ауруы – бұл антигендік бөлшектерді тыныс алу нәтижесінде туындайтын өкпе ауруы, және зерттеулер батыс блоты шаруалар өкпесі ауруымен байланысты иммунореактивті ақуыздарды анықтау үшін пайдалы нұсқа болуы мүмкін екенін көрсетті. Батыс блоты тізелік остеоартритпен ауыратын адамдардағы FSTL1 ақуызының экспрессия деңгейін бағау үшін қолданылады, бұл буын зақымдануының ықтимал биомаркері болып табылады. Сонымен қатар, ол синовиал сұйықтықтағы және сарысудағы ақуыздарды анықтау үшін қолданылады, бұл остеоартритті және ревматоидты артриттің клиникалық белгілерін диагностикалауға мүмкіндік береді. Бұл тізелік остеоартритпен ауыратын адамдардағы FSTL1 ақуызының экспрессия деңгейін бағау үшін қолданылады, бұл буын зақымдануының ықтимал биомаркері болып табылады.

Белдіктің жасушалар аралық локализациясын анықтау

Дәрі-дәрмектерді әзірлеу, терапиялық мақсаттарды анықтау және биологиялық зерттеулер үшін жасуша ішінде белоктардың қайда орналасқанын түсіну маңызды. Жасуша ішіндегі белоктардың орналасқан жері мен олардың атқаратын қызметтері тығыз байланысты. Белоктың функциясы мен орналасуы арасындағы байланыс, белоктар қозғалғанда олардың функциялары өзгеруі немесе жаңа қасиеттерге ие болуы мүмкін екенін көрсетеді. Белоктың жасуша ішіндегі орналасуын анықтау үшін түрлі әдістер қолданылады. Белоктың жасуша ішіндегі орналасуын анықтауға арналған көптеген тиімді және сенімді есептеу құралдары мен стратегиялар жасалған және қолданылып келеді. Субклеткалық фракциялау әдістерінің көмегімен WB белоктардың орналасуын зерттеу және түсіну үшін маңызды негізгі әдіс болып табылады.

Процедура

Батыс блот әдісі 3D құрылымы бойынша табиғи белоктарды немесе полипептид тізбегінің ұзындығы бойынша денатурацияланған белоктарды бөлу үшін гельдік электрофорезден тұрады, одан кейін мембранаға (көбінесе PVDF немесе нитроцеллюлоза) электрофоретикалық көшіру және блот мембранасындағы белгілі бір белокты көру үшін иммунобояу процедурасы жүргізіледі. Натрий додецилсульфат-полиакриламид гельдік электрофорезі (SDS PAGE) әдетте белоктарды денатурациялап электрофоретикалық түрде бөлу үшін қолданылады. Натрий додецилсульфаты (SDS) әдетте барлық белоктарға біркелкі теріс заряд беру үшін буфер ретінде (сондай-ақ гельде) қолданылады, себебі белоктар оң, теріс немесе бейтарап зарядталған болуы мүмкін. Электрофорезге дейін белок үлгілері көбінесе белоктардың құрылымын бұзу үшін қайнатылады. Бұл белоктардың мөлшеріне қарай бөлінуін қамтамасыз етеді және протеазалардың (белоктарды ыдырататын ферменттердің) үлгілерді бұзуына жол бермейді. Электрофоретикалық бөлінуден кейін белоктар мембранаға (әдетте нитроцеллюлоза немесе PVDF) көшіріледі. Мембрананы көбінесе Понсо S-пен бояу арқылы белоктарды көру және көшірудің дұрыс орындалуын қамтамасыз ету үшін болады. Содан кейін белоктарды сүтпен (немесе басқа блокаторлармен) жауып, антиденелердің арнайы емес байланысуын болдырмау үшін, одан кейін мақсатты белокқа арналған антиденелермен болады. Сонымен қатар, мақсатты белок мөлшерін жеткілікті алу үшін лизистің оңтайлы буфері қажет, өйткені буфер белокты еріту процесін басқарады және белоктың ыдырауын болдырмайды. Үлгіні дайындағаннан кейін белок құрамын гельдік электрофорез арқылы бөлуге дайын. Батыс блотты нормализациялау үшін жалпы белокты бояудың кем дегенде жеті әдісі сипатталған: Понсо S, бояусыз әдістер, Sypro Ruby, Epicocconone, Coomassie R 350, Amido Black және Cy5.

Блоктау

Мембрана белокпен байланысу қабілеті үшін таңдалғандықтан және антиденелер мен нысана – екеуі де белок болғандықтан, мембрана мен нысананы анықтауға қолданылатын антидене арасындағы өзара әрекеттесуді болдырмау үшін шаралар қабылдануы керек. Блоктау арқылы белсенді емес байланысқа жол бермеу үшін мембрананы ақуыздың сұйытылған ерітіндісіне – әдетте 3–5% ірі қараның сарысу альбумині (BSA) немесе майсыз құрғақ сүтке (екеуі де арзан) трис-буферленген тұздық (TBS) немесе I Block-қа, сондай-ақ Tween 20 немесе Triton X 100 сияқты жуғыш заттың шағын мөлшерімен (0,1%) араластырып қою керек. Майсыз құрғақ сүт қолжетімділігі жағынан артықшылыққа ие болғанымен, сүттегі барлық ақуыздар барлық анықтау жолақтарымен үйлесімді болмайтындықтан, тиісті блоктау ерітіндісі қажет. немесе эпикокконон. Бұл тәжірибе, қателер немесе толық емес трансферлер болған жағдайда мембранадағы жалпы ақуыз мөлшерін түзетуді қамтамасыз етеді. (батыс блот нормализациясын қараңыз)

Колориметриялық анықтау

Колориметриялық анықтау әдісі, батыс блотты екіншілік антиденеге байланысқан репортер ферментімен (мысалы, пероксидазамен) реакцияға түсетін субстратпен инкубациялауға негізделген. Бұл ерітілген бояуды ферменттің жанына шөккен, мембрананы бояйтын, басқа түсті ерімейтін формаға айналдырады. Блоттың дамуын ерітілген бояуды жуу арқылы тоқтатуға болады. Белок деңгейі денситометрия (бояудың қарқындылығы) немесе спектрофотометрия арқылы бағаланады.

Химилюминесцентті анықтау

Химилюминесценттік анықтау әдістері батыс блотты екіншілік антиденедегі белгіге (репортерге) әсер ететін, жарық шығаратын субстратпен инкубациялауға негізделген. Жарық CCD камералары арқылы анықталады, олар батыс блоттың немесе фотопленканың цифрлық суретін түсіреді. Суреттің сызықтық еместігінен (дәл емес сандық өлшемдер) батыс блотты анықтау үшін пленканы қолдану азайып барады. Сурет денситометрия арқылы талданады, ол протеин бояуының салыстырмалы мөлшерін бағалап, нәтижелерді оптикалық тығыздық бойынша сандық өлшейді. Тиісті стандарттар қолданылса, жаңа бағдарламалық жасақтама молекулалық салмақты талдау сияқты қосымша деректерді талдауға мүмкіндік береді.

Радиоактивтілікті анықтау

Радиоактивті таңбалар фермент субстраттарын қажет етпейді, бірақ медициналық рентген пленкасын тікелей вестерн блотқа жабыстыруға мүмкіндік береді, ол таңбаға ұшырағанда дамиды және қызығушылық тудыратын ақуыздық жолақтарға сәйкес келетін қараңғы аймақтарды құрайды (жоғарыдағы суретті қараңыз). Радиоактивті анықтау әдістерінің маңыздылығы қауіпті радиацияға, жоғары құнына, денсаулық және қауіпсіздік тәуекелдеріне байланысты азайып барады, ал ECL (күшейтілген химилюминесценция) пайдалы балама болып табылады.

Флуоресцентті анықтау

Флуоресценттік белгіленген зонд жарықпен қозады, ал қозудың эмиссиясы фотосенсормен, мысалы, тиісті эмиссиялық сүзгілермен жабдықталған КҚК (CCD) камерасымен анықталады. Бұл батыс блоттың цифрлық суретін түсіріп, молекулалық салмақты талдау және сандық батыс блот талдауы сияқты қосымша деректерді талдауға мүмкіндік береді. Флуоресценция – санға бағдарлаудың ең жақсы әдістерінің бірі саналады, бірақ ол химиялық люминесценциядан кем сезімтал.

Екінші реттік зондтау

Нитроцеллюлоза және ПВДФ мембраналарының арасындағы маңызды айырмашылық – әрқайсысының антиденелерді "жою" арқылы мембрананы келесі антиденелік зерттеулер үшін қайта пайдалану мүмкіндігіне байланысты. Нитроцеллюлоза мембраналарын жою үшін белгілі бір хаттамалар бар болғанымен, мықтырақ ПВДФ мембранасын оңай жоюға болады және фондық шу эксперименттерді шектемей тұрғанша, оны көбірек рет пайдалануға мүмкіндік береді. Тағы бір айырмашылық – нитроцеллюлозадан өзгеше, ПВДФ қолдану алдында 95% этанолға, изопропанолға немесе метанолға малындырылуы тиіс. ПВДФ мембраналары сондай-ақ қалың және пайдалану барысында зақымдануға төзімді.

Батыс Блот үшін ең төменгі талаптардың спецификациясы

Батыс блоттардың нәтижелерін қайталанатындай ету үшін жоғарыда аталған түрлі параметрлерді – үлгіні дайындау, жүктеуге қолданылған белоктың мөлшері, гельдің проценті және жүгіру шарттары, түрлі трансферлеу әдістері, блоктау шарттарын іздеу, антиденелердің мөлшері, сондай-ақ анықтау және сандық бағалау әдістерін міндетті түрде көрсету керек. Жарияланған көптеген мақалаларда осы айнымалылардың бәрі жарылмайды. Сондықтан, WB-ның қайталануын және нақтылығын арттыру үшін әртүрлі тәжірибелік жағдайларды немесе параметрлерді сипаттау өте қажет. WB-ның қайталануын арттыру үшін ең төменгі есеп беру талаптары қажет.

2-D гельдік электрофорез

Екі өлшемді SDS PAGE жоғарыда сипатталған принциптер мен техникаларды қолданады. 2D SDS PAGE, атауынан көрініп тұрғандай, полипептидтердің 2 өлшемде миграциялануын қамтиды. Мысалы, бірінші өлшемде полипептидтер изоэлектрлік нүктесі бойынша бөлінеді, ал екінші өлшемде – молекулалық салмағы бойынша. Белгілі бір белоктың изоэлектрлік нүктесі оң (мысалы, лизин, аргинин) және теріс (мысалы, глутамат, аспартат) зарядталған аминқышқылдарының салыстырмалы санымен анықталады, теріс зарядталған аминқышқылдары изоэлектрлік нүктені төмендетсе, оң зарядталған аминқышқылдары жоғарылатады. Үлгілерді алдымен азайтушы емес жағдайларда SDS PAGE арқылы, содан кейін екінші өлшемде азайтушы жағдайларда бөлуге болады, бұл суббірліктерді байланыстырып тұрған дисульфидтік байланыстарды үзеді. 2 өлшемді гель үшін SDS PAGE-ді уреа PAGE-мен де үйлестіруге болады. Принцип бойынша, бұл әдіс барлық жасушалық белоктарды бір үлкен гельде бөлуге мүмкіндік береді. Бұл әдістің басты артықшылығы – ол белгілі бір белоктың әртүрлі изоформаларын (мысалы, фосфорилданған белок – теріс зарядталған топ қосылу арқылы) ажырата алады. Бөлінген белоктарды гельден кесіп алып, оларды массалық спектрометрия арқылы талдауға болады, ол олардың молекулалық салмағын анықтайды.

Анықтау проблемалары

Антитело мен антигеннің мөлшеріне байланысты бірнеше себептерге байланысты спектрде әлсіз немесе сигналдың болмауы мүмкін. Бұл мәселенің шешімі – жеткізушінің деректер парағында көрсетілген антиген мен антителоның оптималды концентрациясы мен еңкейтілуін қолдану болып табылады. Анықтау жүйесінің бағдарламалық құралында экспозиция уақытын ұзарту, үлгі мен антитело концентрациясының төмен болуынан туындаған әлсіз жолақтарды жоюға көмектеседі.

Бір жасушалы батыс блот

Бір жасушалы WB (scWB) дәстүрлі WB-дан өзгеше, протеиннің жасуша ішіндегі орналасуын зерттеу және жеке жасуша протеинін бағалау саласындағы маңызды жаңалық саналады. Бұл әдіс бір жасушадан екінші жасушаға протеин экспрессиясының деңгейі мен жағдайларын өлшеу үшін қолданылады. Бір жасушалы WB арқасында вестерн блоттың таңдаулылығы мен ерекшелігі жеке жасуша протеинін талдауға дейін кеңейтілді. Бұл техника антидененің дәлдігі мен сезімталдығының шектеулерін жоюға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, оның әмбебаптығының арқасында әртүрлі жасуша желілерінен және жеке жасушалардан бірнеше мақсатты протеиндерді бір уақытта өлшеуге болады.

Флуоресценция негізінде алынған сандық батыс блот

Сандық флуоресценцияға негізделген WB (QFWB) деп аталатын жаңа әзірлеме зерттеушілерге бұрынғыдан да жақсы сезімталдықпен және дәлдікпен салыстырмалы экспрессия талдауын жүргізуге мүмкіндік береді. QFWB-дегі «сандық» дегеніміз – шынайы сандық өлшемдер, жоғары сезімталдықпен. Бұл әдіс әртүрлі сынамалар арасындағы ең шағын экспрессия өзгерістерін анықтау үшін қолданылады. Флуоресценттік таңбасы бар екіншілік антидененің көмегімен QFWB сызықтық анықтау профилін құрайды. Қазіргі заманғы QFWB техникалары бір уақытта екі түрлі таңбалауға мүмкіндік береді және шағын өзгерістерді анықтауға одан да сезімтал.

Санақтық компьютерлік батыс блот

Саналық компьютерлік вестерн блот әдісі жеке антиденелердің белгілі бір антигендерге реакциясын, иммунодоминантты және иммунорецессивті детерминанттарды анықтау үшін екі өлшем – таза жолақтың қарқындылығы және вестерн блоттың жалпы жол қарқындылығы арқылы талдайды. Белгілі бір иммунодоминантты антигендерді анықтау арқасында жылдам серодиагностикалық тесттер мен тиімді вакциналар жасауға болады. Бұл зерттеуде сандық компьютерлік вестерн блотты пайдаланып, қатерлі ісік, вирустық және аутоиммундық ауруларды ерте диагностикалау үшін серологиялық маркерлер іздестіріледі.

Жоғары өнімділіктегі батыс блот (DigiWest)

Бұл – дәстүрлі SDS PAGE протеиндерін ажырату мүмкіндігін, микросфераларға белоктарды бекітетін микромассивтік платформамен үйлестіретін техника. Ақуыздарды бөлу, біркелкілік және жоғары сезімталдық комбинациясы бірнеше түрлі белоктарды және олардың өзгерістерін жылдам анықтауға мүмкіндік береді. DigiWest-тің ерекшелігі – батыс блотты балдақтарға негізделген микромассивтер арқылы жүргізу, бұл әртүрлі антителолардың кең спектрін қолдана отырып, жүздеген түрлі белоктарды және олардың өзгерістерін бір уақытта анықтауға және талдауға мүмкіндік береді.

Микрофлюидты батыс блот

Бір микрофлюидтік чипте көптеген белоктарды анықтау үшін микрофлюидтік вестерн блот үлгіні байыту, белок мөлшерін анықтау, белокты жағу және содан кейін антиденелерді тікелей (in situ) зерттеу сияқты бірнеше процестерді қолдана отырып жүргізіледі. Бұл көп қадамды процедураның негізі фотореактивті (көк ультракүлгін сәуле) полиакриламид гель және фотопаттерналауға болатын (көк сәуле) беті болып табылады. Анализдің нәтижелерін жақсарту арқасында, WB жоғары сезімталдықта (50 пикомоль) анықтау шектерін және мультиплекстелген компоненттерді (фемтограмма) анықтау деңгейлерін сақтай отырып, 10–60 минут ішінде аяқталуы мүмкін. Сондықтан, жоғары ерекшелік және мультиплекстеудің жоғары өнімділігін біріктіре отырып, WB жылдам протеомиканың маңызды құралы болып табылады.

Көп жолақты батыс блот

Жетілдірілген WB әдісі, көпжолақты WB деп аталады, бірнеше полиакриламид гельді жолақтардан түрлі белоктарды бір мезгілде поливинилиден фторид немесе нитроцеллюлоза мембранасына көшіруге негізделген. Көпжолақты WB бір үлгіні жүктегенде тоғызға дейін жеке белокты бір уақытта бақылауға және бір WB циклы үшін деректерді шығаруды он есеге дейін арттыруға мүмкіндік береді. Жүйелік биология, жасушалық сигнал беру зерттеулері және биомедициналық диагностика осы техниканы пайдаланудан пайда көреді.

Микрочиптік капиллярлық электрофорездегі батыс блот

Капиллярлық және микрочиптік электрофорезге негізделген вестерн блот, ақуыз үлгілерінің мөлшерін және вестерн блотты жүргізуге қажетті уақытты қысқарту мақсатында жасалды. Бұл, микрочипте жүргізілетін кез келген жалғыз жасуша лизатынан әртүрлі ақуыз мақсаттарын одан да сезімтал және дәл өлшеуге мүмкіндік береді. Он бір түрлі ақуызды анықтау және сандық бағалау үшін 400 нанограмм жасуша лизаты ғана қажет.