Лінійка на атомах

Вимір відстаней між білками, тобто безпосередньо в нанометровому масштабі, зазвичай проводять за допомогою спеціальних мікроскопів. Такі прилади дозволяють побачити становище макромолекул один щодо одного. Група дослідників з Німеччини створила лінійку, яка може проникнути всередину макромолекул і виміряти внутрішньомолекулярні відстані з високою точністю.

 Цей підхід буде корисним у медицині.
Білки — дуже великі молекули (макромолекули), які складаються з атомів вуглецю, водню, азоту та кисню, що становлять безліч амінокислот, пов'язаних між собою пептидним зв'язком. Іноді структура білка порушується, відбувається зміна їхньої форми, що може вплинути на роботу цих макромолекул. Деякі структурні зміни білків можуть спровокувати розвиток цілого ряду захворювань, наприклад, зміна структури тау-білка, що відповідає за правильну роботу нейронів, провокує хворобу Альцгеймера.

Комада німецьких фізиків під керівництвом Штеффена Сахла (Steffen Sahl) з Інституту багатопрофільних наук Макса Планка створила внутрішньомолекулярну лінійку MINFLUX, здатну вимірювати відстань усередині білків в діапазоні від 0,1 нанометра (ангстрем) до 10 нанометрів залежно від структури. Про це вчені розповіли у статті, опублікованій у журналі Science.

Для створення внутрішньомолекулярної «лінійки» Сахл та його колеги використовували флуоресценцію, тобто процес, що дозволяє молекулам світитись при поглинанні кванта світла. Фізики прикріпили дві невеликі флуоресцентні молекули (помічені фотоактивованими барвниками) до двох різних місць макромалекули, а потім висвітлили їх лазерним променем. По світлу, що випромінювали молекули, що світилися, дослідники змогли виміряти відстань між ними.

За допомогою цього методу виміряли внутрішньомолекулярну відстань для кількох білків. Найменше становило лише 0,1 нанометра — розмір одного атома. Флуоресцентна лінійка також давала результати до 10 нанометрів, що означає ширший діапазон вимірювань, ніж при використанні багатьох традиційних оптичних методів.

В одному з прикладів дослідники розглянули дві різні структури одного і того ж білка і виявили, що можуть розрізняти їх: ці структури перебували на різній відстані одна від одної — одного нанометра та чотирьох відповідно. В іншому експерименті вчені виміряли внутрішньомолекулярну відстань у раковій клітині.

За словами авторів дослідження, досягти такої точності вдалося завдяки використанню низки останніх технологічних досягнень — досконаліших мікроскопів та флуоресцентних молекул. Вони не мерехтять і не дають зайвого свічення, яке можна сплутати з якимось іншим ефектом.

У майбутньому німецькі фізики збираються вдосконалити свій метод і спробують з'ясувати, для яких саме макромолекул флуоресцентна лінійка виявиться найкориснішою.