Введение

Блестящий синий Кумасси — это название двух схожих трифенилметановых красителей, разработанных для использования в текстильной промышленности, но в настоящее время широко применяемых для окрашивания белков в аналитической биохимии. Coomassie brilliant blue G 250 отличается от Coomassie brilliant blue R 250 наличием двух метильных групп. Название "Кумасси" является зарегистрированной торговой маркой компании Imperial Chemical Industries.

Название и открытие

Название Coomassie было принято в конце XIX века в качестве торгового названия компанией Levinstein Ltd, производителем красителей, базирующейся в Блэкли, для продвижения линейки кислотных красителей для шерсти. В 1896 году, во время Четвертой англо-ашантийской войны, британские войска оккупировали город Кумасси (современный Кумаси в Гане). В 1918 году Levinstein Ltd вошла в состав British Dyestuffs, которая в 1926 году стала частью Imperial Chemical Industries. Хотя ICI по-прежнему владеет товарным знаком Coomassie, компания больше не производит эти красители. Синие дисульфонированные трифенилметановые красители были впервые синтезированы в 1913 году Максом Вейлером, работавшим в Эльберфельде, Германия. Впоследствии были получены многочисленные патенты на их органический синтез. В биохимических публикациях эти красители часто упоминаются просто как "Coomassie", без указания конкретного используемого красителя. Фактически, в "Индексе цветов" насчитывается более 40 красителей, в названии которых присутствует "Coomassie". Существуют также другие "синие" красители Coomassie. Например, в индексе Merck (10-е издание) указан Coomassie Blue RL (Acid Blue 92, C. I. 13390), имеющий совершенно иную структуру.

Цвет красителя

Суффикс "R" в названии Coomassie brilliant blue R 250 является сокращением от "red" (красный), так как синий цвет красителя имеет лёгкий красноватый оттенок. Для варианта "G" синий цвет имеет более зеленоватый оттенок. Число "250" изначально указывало на чистоту красителя. Цвет обоих красителей зависит от кислотности раствора. Форма "G" красителя была детально изучена. При pH менее 0 краситель имеет красный цвет с максимальным поглощением при длине волны 465 нм. При pH около 1 краситель зелёный с максимальным поглощением при 620 нм, а при pH выше 2 краситель ярко-синий с максимальным поглощением при 595 нм. При pH 7 коэффициент молярного поглощения красителя составляет 43 000 М⁻¹ см⁻¹. Краситель также образует комплекс с анионным детергентом – натрия додецилсульфатом (SDS). Образование этого комплекса стабилизирует нейтральную зелёную форму красителя. Этот эффект может мешать определению концентрации белка методом Брэдфорда. Также вероятно, что анионный детергент конкурирует с красителем за связывание с белком.

Применение в биохимии

Блестяще-голубой R 250 впервые был использован для визуализации белков в 1963 году Фазекасом де Сент-Гротом и его коллегами. Образцы белков были разделены электрофоретически на листе ацетата целлюлозы. Затем лист пропитывали сульфосалициловой кислотой для фиксации белковых полос и переносили в раствор красителя. Два года спустя, в 1965 году, Майер и Ламберт использовали блестяще-голубой R 250 для окрашивания образцов белков после электрофоретического разделения в полиакриламидном геле. Они пропитали гель раствором красителя, содержащим метанол, уксусную кислоту и воду. Поскольку краситель окрашивал как полиакриламидный гель, так и белок, для визуализации белковых полос им требовалось обесцветить гель, что они делали электрофоретически. В последующих публикациях сообщалось, что полиакриламидные гели можно успешно обесцветить, используя раствор уксусной кислоты. Первое сообщение об использовании G-формы красителя для визуализации белковых полос в полиакриламидных гелях появилось в 1967 году, когда краситель растворяли в растворе уксусной кислоты, содержащем метанол. Впоследствии было обнаружено, что белковые полосы можно окрашивать без окрашивания полиакриламида, используя коллоид G-формы красителя в растворе трихлоруксусной кислоты, не содержащем метанола. В этом случае обесцвечивание геля было больше не нужно. Современные составы обычно используют коллоид G-формы красителя в растворе, содержащем фосфорную кислоту, этанол (или метанол) и сульфат аммония (или сульфат алюминия). Метод Брэдфорда использует спектральные свойства блестяще-голубого G 250 для оценки количества белка в растворе. Образец белка добавляют в раствор красителя в фосфорной кислоте и этаноле. В кислых условиях краситель обычно имеет коричневатый цвет, но при связывании с белком образуется синяя форма красителя. Оптическая абсорбция раствора измеряется при длине волны 595 нм. Краситель отличается высокой чувствительностью: можно обнаружить 5 мкг белка. Однако одним из недостатков метода является его вариабельность развития цвета с разными белками: изменение абсорбции на единицу массы белка варьируется в зависимости от типа белка. При связывании с белком отрицательно заряженная молекула красителя блестяще-голубого G 250 придает белку общий отрицательный заряд. Это свойство можно использовать для разделения белков или белковых комплексов с помощью электрофореза в полиакриламидном геле в неденатурирующих условиях, в технике, называемой blue native PAGE. Подвижность комплекса в полиакриламидном геле будет зависеть как от размера белкового комплекса (то есть от молекулярной массы), так и от количества красителя, связанного с белком. Окрашивание Кумасси также можно использовать в качестве метода контроля загрузки в вестерн-блот анализе. Оно применяется в качестве анионного пре-антитела.

Медицинское применение

В 2009 году блестящий синий G использовался в научных экспериментах для лечения травм спинного мозга у лабораторных крыс. Он действует, снижая естественную реакцию организма на отек, что может привести к гибели нейронов в пораженной области из-за метаболического стресса. Испытания на крысах показали эффективность. По сравнению с крысами, не получавшими краситель, крысы, которым вводили краситель, демонстрировали лучшие результаты в тестах на подвижность. Неизвестно, можно ли эффективно применять это лечение к людям. В экспериментах на животных краситель вводили в течение 15 минут после травмы, но для эффективности в реальных условиях, когда пациенту может потребоваться время, чтобы добраться до больницы, лечение должно быть эффективным даже при введении до двух часов после травмы. Единственным зарегистрированным побочным эффектом было временное окрашивание крыс в синий цвет. Под торговыми названиями ILM Blue и Brilliant Peel блестящий синий G используется в качестве красителя для помощи хирургам во время операций на сетчатке глаза. В декабре 2019 года блестящий синий G (под торговой маркой TissueBlue, DORC International, Нидерланды) был одобрен для использования у людей в Соединенных Штатах. В январе 2021 года Tissueblue был одобрен для медицинского применения в Канаде.

Применение в судебной медицине

Способность красителя Кумасси нацеливаться на аминокислоты с ароматическими группами (фенилаланин, тирозин, триптофан) и основными боковыми цепями (лизин, аргинин и гистидин) позволяет использовать метод Брэдфорда для анализа отпечатков пальцев. Метод успешно применялся для определения биологического пола по отпечатку пальца. Было показано, что женские образцы демонстрируют более высокую абсорбцию, чем мужские, при тестировании на сопоставимых длинах волн. Это обеспечивает более простой метод анализа отпечатков пальцев, сокращая количество аминокислот, требующих анализа, с 23 до 6, и практически не требует предварительной подготовки образца, в отличие от химического анализа нингидрином, который требует подготовки, включающей нагрев и ферментативные каскады.