Самая маленькая «линейка» измеряет расстояния размером с ширину атома

Фото из открытых источников

Самая маленькая «линейка» настолько точна, что может измерить ширину одного атома внутри белка.

Белки и другие крупные молекулы, или макромолекулы, иногда сворачиваются в неправильную форму, и это может повлиять на их функционирование. Некоторые структурные изменения даже играют роль в таких состояниях, как болезнь Альцгеймера. Чтобы понять этот процесс, важно определить точное расстояние между атомами — и кластерами атомов — внутри этих макромолекул, говорит Штеффен Саль из Института междисциплинарных наук Общества Макса Планка в Германии.

«Мы хотели перейти от микроскопа, который отображает положение макромолекул относительно друг друга, к смелому шагу — проникновению внутрь макромолекулы», — говорит он.

Для создания своей внутримолекулярной «линейки» Саль и его коллеги использовали флуоресценцию, или тот факт, что некоторые молекулы светятся при освещении. Они прикрепили две флуоресцентные молекулы к двум разным точкам на более крупной молекуле белка, а затем использовали лазерный луч, чтобы осветить их. Основываясь на свете, который испускали светящиеся молекулы, исследователи могли измерить расстояние между ними.

Они использовали этот метод для измерения расстояний между молекулами нескольких хорошо изученных белков. Наименьшее из этих расстояний составляло всего 0,1 нанометра — ширина типичного атома. Флуоресцентная линейка также давала точные измерения до примерно 12 нанометров, то есть имела более широкий диапазон измерений, чем можно было бы достичь с помощью многих традиционных методов.

В одном примере исследователи рассмотрели две разные формы одного и того же белка и обнаружили, что они могут различать их, поскольку те же две точки находились на расстоянии 1 нанометра друг от друга для одной формы и 4 нанометра друг от друга для другой. В другом эксперименте они измерили крошечные расстояния в клетке рака кости человека.

Саль говорит, что команда достигла такой точности, воспользовавшись несколькими последними технологическими достижениями, такими как усовершенствованные микроскопы и флуоресцентные молекулы, которые не мерцают и не создают свечения, которое можно было бы спутать с каким-то другим эффектом.

«Я не знаю, как они добились такой стабильности своих микроскопов. Новая технология, безусловно, является техническим достижением», — говорит Йонас Рис из Венского университета в Австрии. Но будущие исследования должны будут определить, для каких именно молекул она окажется наиболее полезной в качестве источника информации для биологов, говорит он.

«Хотя он может похвастаться впечатляющей точностью, новый метод не обязательно может достичь того же уровня детализации или разрешения при применении к более сложным биологическим системам», — говорит Кирти Пракаш из The Royal Marsden NHS Foundation Trust и Института исследований рака в Великобритании. Кроме того, он говорит, что несколько других новых методов уже становятся конкурентоспособными с точки зрения измерения все меньших и меньших расстояний.

Саль говорит, что теперь его команда будет работать в двух направлениях: совершенствовать метод и расширять свои представления о том, внутрь каких макромолекул они теперь могут заглянуть.