Naša tela su živa od aktivnosti i prepuna proteina zaglavljenih u masnim membranama ili koji lebde u i iz vodenih ćelija. Naučnici su sada, po prvi put, uhvatili ples između njih dvoje: tečni tango koji sadrži proteine i masti kako bi se normalno kretali u ćelijama.
„Mi idemo dalje od uzimanja pojedinačnih snimaka, koji daju strukturu, ali ne i dinamiku, do kontinuiranog snimanja molekula u vodi, njihovog prirodnog stanja“, kaže Kian Chen, naučnik za materijale i inženjer na Univerzitetu Ilinois Urbana-Champaign (UIUC), koji je vodio tim i opisuje njihov rad kao ‘snimanje filmova’.
„Zaista možemo videti kako proteini menjaju svoju konfiguraciju i, u ovom slučaju, kako cela struktura proteina i lipida fluktuira tokom vremena.“
Podešavanjem široko korišćene tehnike snimanja koja se zove transmisiona elektronska mikroskopija, Čenov tim je snimio živu koreografiju ‘nanodiskova’ membranskih proteina u tečnosti. Ovi nanodiskovi se sastoje od proteina ugrađenih u lipidni dvosloj koji podseća na ćelijske membrane u kojima se obično nalaze.
Tim je svoj metod nazvao ‘elektronska videoografija’ i potvrdio video podatke upoređujući ih sa kompjuterskim modelima na nivou atoma o tome kako bi molekuli trebalo da se kreću na osnovu zakona fizike.
Smatralo se da je kretanje proteina vezanih za membranu prilično ograničeno, s obzirom na to kako ih lipidi drže na mestu. Međutim, istraživači su videli da se interakcije između proteina i lipida dešavaju na mnogo većim udaljenostima nego što se ranije mislilo da je moguće.
Membranski proteini su ćelijski vratari, senzori i prijemnici signala, tako da bi tehnika mogla dovesti do ogromnog napretka u našem razumevanju načina na koji funkcionišu.
Sa postojećim tehnikama, proteini su obično brzo zamrznuti ili kristalizovani tako da se ne pomeraju i ne zamagljuju sliku, ili ih oštećuju rendgenski zraci ili snopovi elektrona koji se koriste za njihovo snimanje. Ovo daje beživotnu sliku statičkog proteina koji se normalno savija i savija, ostavljajući naučnicima da zaključuju kako on reaguje sa drugim molekulima na osnovu njegove strukture.
Alternativno, neke tehnike snimanja koriste fluorescentnu molekularnu oznaku za praćenje molekula dok se kreću, umesto da direktno posmatraju protein.
U ovom slučaju, istraživači su stavili kapljicu vode unutar dva tanka lista grafena da bi je zaštitili od vakuuma elektronskog mikroskopa. U kapljici vode bili su suspendovani nanodiskovi neoznačenih proteina i lipida, koje je tim video kako ‘plešu’ zajedno kao u njihovom prirodnom vodenom okruženju.
Naučnici za materijale pokušavaju najmanje deceniju da snime aktivnost bioloških molekula u tečnostima, ali nisu mogli jasno da posmatraju kontinuiranu dinamiku proteina.
Uz neke pažljive promene u pristupu, Čen i njegove kolege su snimili svoje proteinsko-lipidne sklopove u realnom vremenu i za nekoliko minuta, a ne mikrosekunda. Važno je da su usporili brzinu prodiranja elektrona u uzorak i radili na grafenskoj skeli, kako bi uspešno snimili proteinsko-lipidni kompleks u akciji.
„Trenutno je ovo zaista jedini eksperimentalni način da se snimi ova vrsta kretanja tokom vremena“, kaže diplomirani student inženjerstva materijala UIUC John Smith, prvi autor rada.
„Život je u tečnosti, i u pokretu je. Pokušavamo da dođemo do najsitnijih detalja te veze na eksperimentalni način.“
Što se tiče drugih napora, poboljšane tehnike snimanja otkrivaju neverovatne detalje o svim vrstama mikroskopskih dešavanja – od posmatranja kako se oblikuje spoljašnji omotač virusa do hvatanja trenutnih proteina koji kolabiraju u grudve kod bolesti poput Alchajmerove bolesti.
Dodajte veštačku inteligenciju u mešavinu, da biste predvideli 3D oblik skoro svakog proteina poznatog nauci, i sigurno se čini da je otključana nova era bioloških istraživanja.
