Seguimiento del metabolismo en microorganismos vivos mediante RMN hiperpolarizada (1) H

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Imágenes por resonancia magnética
• Metabolomía

Sus antecedentes:

• La polarización nuclear dinámica (dNP) mejora la sensibilidad de la resonancia magnética nuclear (RMN) para el monitoreo del metabolismo in vivo.
• Hiperpolarizar 1H directamente es un desafío debido a los cortos tiempos de relajación.
• La hiperpolarización indirecta de 1H a través de 13C ha surgido como una técnica prometedora.

Objetivo del estudio:

• Demostrar la utilidad de la RMN 1H hiperpolarizada a través del 13C para el monitoreo de las reacciones enzimáticas.
• Investigar la actividad de la piruvatocarboxilasa (PDC) y la piruvatoformatoliasa (PFL) en los microorganismos.
• Para comparar los métodos de transferencia de polarización 13C → 1H espontáneos y impulsados por J.

Principales métodos:

• Polarización nuclear dinámica de disolución (dDNP) para la hiperpolarización.
• Espectroscopia de RMN 1H y 13C a 500 MHz.
• Mediciones cinéticas de las reacciones enzimáticas en levaduras y bacterias.
• Relajación cruzada heteronuclear espontánea y transferencia de polarización impulsada por J.

Principales resultados:

• La RMN de 1H monitoreó con éxito la descarboxilación del piruvato por PDC y PFL en microorganismos.
• La RMN 13C carecía de la resolución para distinguir los sustratos de los productos.
• La transferencia espontánea de 13C → 1H permitió estudios cinéticos, mientras que la transferencia impulsada por J proporcionó una mayor mejora, pero no fue adecuada para la cinética.
• El 13C hiperpolarizado aumentó las señales de 1H a través de la relajación cruzada durante las reacciones enzimáticas.

Conclusiones:

• La RMN 1H, mejorada por la transferencia de polarización dDNP y 13C, ofrece una resolución superior para estudios enzimáticos específicos en comparación con la RMN 13C.
• Este enfoque proporciona un método sensible para el monitoreo metabólico en tiempo real en los microorganismos.
• El potencial para aplicaciones in vivo de estas técnicas de hiperpolarización basadas en 1H es significativo.