$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Od momentu powstania przez Poratha i współpracowników1, chromatografia powinowactwa do metali immobilizowanych (IMAC) stała się metodą szybkiego rozdzielania białek na podstawie ich zdolności do wiązania się z jonami metali przejściowych, takich jak Zn2+, Ni2+, Cu2+ i Co2+. Najczęściej odbywa się to za pomocą zmodyfikowanych znaczników polihistydynowych i jest obecnie jedną z najczęstszych technik oczyszczania chromatograficznego do izolacji białek rekombinowanych2. IMAC znalazł również zastosowania poza oczyszczaniem białek rekombinowanych jako sposób izolowania chinolonów, tetracyklin, aminoglikozydów, makrolidów i β-laktamów do analizy próbek żywności3 oraz jako krok w identyfikacji markerów białkowych krwi w raku wątroby i trzustki4,5. Nic dziwnego, że IMAC stał się również metodą z wyboru do izolacji wielu natywnych enzymów bioenergetycznych6,7,8,9,10. Jednak pomyślne wdrożenie tych metod oczyszczania do badań nad enzymatycznie aktywnymi białkami bioenergetycznymi jest uzależnione od obecności znikomych poziomów kationów metali wypłukiwanych z matrycy kolumny do eluatu. Kationy metali dwuwartościowych powszechnie stosowane w IMAC mają znane patologiczne znaczenie biologiczne, nawet w niskich stężeniach11,12. Fizjologiczne działanie tych metali jest najbardziej widoczne w systemach bioenergetycznych, gdzie mogą okazać się śmiertelne jako inhibitory oddychania komórkowego lub fotosyntezy13,14,15. Podobne problemy są nieuniknione w przypadku większości klas białek, w których resztkowe metale zanieczyszczające mogą zakłócać funkcje biologiczne białka lub charakterystykę za pomocą technik biochemicznych i biofizycznych.
Podczas gdy poziomy zanieczyszczenia metalami w warunkach utleniania i stosowania imidazolu jako eluantu są zazwyczaj niskie16, izolacje białek wykonywane w obecności środków redukujących cysteinę (DTT, β-merkaptoetanol, itp.) lub silniejszych chelatorów, takich jak histydyna17,18 lub kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) powodują znacznie wyższe poziomy zanieczyszczenia metalami19,20. Podobnie, ponieważ jony metali w żywicach IMAC są często koordynowane przez grupy karboksylowe, elucja białek przeprowadzana w warunkach kwaśnych może również mieć znacznie wyższy poziom zanieczyszczenia metalami. Zawartość metalu w roztworach można ocenić za pomocą atomowej spektroskopii absorpcyjnej (AAS) i spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS) do granicy wykrywalności w zakresie ppb-ppt21,22,23,24. Niestety, AAS i ICP-MS nie są realistycznymi metodami wykrywania w tradycyjnym laboratorium biochemicznym, ponieważ metody te wymagałyby dostępu do specjalistycznego sprzętu i szkolenia.
Poprzednia praca Brittain25,26 badała użycie błękitu hydroksynaftolowego (HNB) jako sposobu identyfikacji obecności metali przejściowych w roztworze. Było jednak kilka wewnętrznych sprzeczności w data20 i te prace nie oferowały odpowiedniego protokołu. Badania przeprowadzone przez Temel et al.27 oraz Ferreira et al.28 rozszerzyły prace Brittaina z HNB jako potencjalnym wskaźnikiem metalu. Jednak Temel opracował protokół, który wykorzystuje AAS do analizy próbek, używając HNB tylko jako czynnika chelatującego. W badaniu Ferreiry wykorzystano zmianę widm absorbancji HNB przy 563 nm, regionie widm HNB wolnego barwnika, który w dużym stopniu pokrywa się z widmami kompleksów HNB-metal przy pH 5,7, co sprawia, że czułość testu jest dość niska, a także skutkuje stosunkowo słabym powinowactwem do wiązania metali20. Aby rozwiązać problemy w naszym własnym laboratorium z wymywaniem Ni2+ z IMAC, rozszerzyliśmy pracę wykonaną przez Brittain25,26 i Ferreria28, aby opracować łatwy test zdolny do wykrywania poziomów nanomolowych kilku metali przejściowych. Wykazaliśmy, że HNB wiąże nikiel i inne typowe dla IMAC metale o powinowactwie wiązania sub-nanomolowego i tworzy kompleks 1:1 w szerokim zakresie wartości pH20. Przedstawiony tutaj test opiera się na tych wynikach i wykorzystuje zmiany absorbancji w widmie HNB przy 647 nm do ilościowego oznaczania metalu. Test można przeprowadzić w fizjologicznym zakresie pH przy użyciu typowych i oprzyrządowania znajdującego się w typowym laboratorium biochemicznym, wykorzystując kolorymetryczne wykrywanie i kwantyfikację kompleksów metal-barwnik oraz związaną z tym zmianę absorbancji wolnego barwnika, gdy wiąże się on z metalem.