Meie kehad on aktiivsed ja täis valke, mis on kinni jäänud rasvmembraanidesse või voolavad vesistesse rakkudesse sisse ja välja. Teadlased on nüüd esimest korda tabanud tantsu nende kahe vahel: vedel tango valkude ja rasvadega, mis tavaliselt rakkudes liiguvad.
“Me läheme kaugemale üksikute hetktõmmiste tegemisest, mis annavad struktuuri, kuid mitte dünaamikat, et pidevalt salvestada molekule vees, nende algset olekut.” öelda Qian Chen, Illinoisi Urbana-Champaigni ülikooli (UIUC) materjaliteadlane ja insener, kes juhtis meeskonda ja kirjeldab oma tööd kui “filmi tegemine”.
“Me näeme tõesti, kuidas valgud muudavad oma konfiguratsiooni ja sel juhul, kuidas kogu valgu-lipiidide isekoosnev struktuur aja jooksul võngub.”
Reguleerides laialdaselt kasutatavat pilditöötlustehnikat nn ülekandeelektronmikroskoopia, Cheni meeskond jäädvustas membraanivalgu “nanodiskide” elavat koreograafiat vedelikus. Need nanokettad koosnevad valkudest, mis on põimitud lipiidide kaksikkihti, mis sarnanevad rakumembraanidega, milles neid tavaliselt leidub.
Meeskond, kes nimetas oma meetodit “elektronvideograafiaks”, kinnitas videoandmed, võrreldes neid aatomitaseme arvutimudelitega, mis näitavad, kuidas molekulid peaksid füüsikaseaduste alusel liikuma.
Arvati, et membraaniga seotud valkude liikumine oli üsna piiratud, arvestades seda, kuidas lipiidid neid paigal hoiavad. Teadlased nägid aga, et valkude ja lipiidide vastasmõju toimus palju suuremate vahemaade tagant, kui seni võimalikuks peetud.
Membraanvalgud on raku väravavahid, andurid ja signaalivastuvõtjad, nii et see tehnika võib tuua kaasa suuri edusamme nende toimimise mõistmisel.
Olemasolevate tehnikate korral on valgud tavaliselt kiirkülmutatud või kristalliseerunud, nii et need ei liiguks ega hägustaks pilti ega kahjustaks neid pildistamiseks kasutatavate röntgeni- või elektronkiirte poolt. See annab elutu pildi staatilisest valgust, mis tavaliselt voldib ja paindub, jättes teadlastel oma struktuuri põhjal järeldada, kuidas see interakteerub teiste molekulidega.
Teise võimalusena kasutavad mõned pildistamismeetodid fluorestseeruvat molekulaarset märgist jälgida molekule nende liikumiselselle asemel, et valku otse näha.
Sel juhul hoidsid teadlased kahe õhukese grafeenilehe sees tilka vett, et kaitsta seda elektronmikroskoobi vaakumi eest. Veetilgas olid riputatud märgistamata valkude ja lipiidide nanokettad, mida meeskond nägi koos tantsimas nagu nende loomulikus vesikeskkonnas.
frameborder=”0″ allow=”kiirendusmõõtur; automaatne taasesitus; lõikelaud-kirjutamine; krüpteeritud meedia; güroskoop; pilt-pildis; web-share” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowfullscreen>
Materjaliteadlased on proovinud vähemalt kümnendiks filmida bioloogiliste molekulide aktiivsust vedelikes, kuid nad ei suutnud selgelt jälgida valkude pidevat dünaamikat.
Chen ja kolleegid pildistasid oma valgu-lipiidide kooslusi reaalajas ja minutites, mitte mikrosekundites. Oluline on see, et nad aeglustasid proovi tungivate elektronide kiirust ja töötasid grafeeni karkassil, et saaks filmida valgu-lipiidide kompleksi.
“Praegu on see tõesti ainus eksperimentaalne viis sellist liikumist aja jooksul filmida,” öelda UIUC materjalitehnoloogia magistrant John Smith, töö esimene autor.
“Elu on voolavas ja liikumises. Püüame eksperimentaalselt jõuda sellega seoses kõige peenemate detailideni.”
Mis puutub muudesse jõupingutustesse, siis täiustatud pildistamistehnikad paljastavad uskumatuid üksikasju igasuguste mikroskoopiliste sündmuste kohta – alates viiruse väliskatte kuju muutumisest kuni hetkeliste valkude hõivamiseni, mis lagunevad selliste haiguste korral nagu Alzheimeri tõbi.
Lisage segule tehisintellekt, et ennustada peaaegu iga teadusele teadaoleva valgu 3D-kuju, ja kindlasti tundub, et bioloogiliste uuringute uus ajastu on avatud.
Uuring avaldatakse aastal Teaduse areng.
