I nostri corpi sono vivi di attività e pieni di proteine bloccate nelle membrane grasse o fluttuanti dentro e fuori dalle cellule acquose. Gli scienziati sono riusciti, per la prima volta, a catturare un'immagine della danza tra i due: il tango fluido di proteine e lipidi mentre si muovono normalmente nelle cellule.
“Andiamo oltre la semplice acquisizione di singole istantanee, che danno struttura ma non dinamismo, per registrare continuamente le molecole nell’acqua e il loro stato originale”. Lui dice Qian Chen, scienziato dei materiali e ingegnere presso l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign (UIUC), che ha guidato il team e Descrive il loro lavoro Come “fare film”.
“Possiamo davvero vedere come le proteine cambiano la loro conformazione e, in questo caso, come la struttura proteica-lipidica autoassemblata fluttua nel tempo”.
Modificando una tecnica di imaging ampiamente utilizzata chiamata Microscopio elettronico a trasmissioneIl team di Chen ha catturato immagini in movimento di “nanodischi” di proteine di membrana in un liquido. questi Nanodischi Sono costituiti da proteine immerse in un doppio strato lipidico simile alle membrane cellulari in cui si trovano normalmente.
Il team ha chiamato il metodo “imaging video elettronico” e ha convalidato i dati video confrontandoli con modelli computerizzati a livello atomico di come le molecole si muovono in base alle leggi della fisica.
Si pensava che il movimento delle proteine legate alla membrana fosse in qualche modo limitato, a causa del modo in cui i lipidi le tengono in posizione. Tuttavia, i ricercatori hanno visto che le interazioni tra proteine e lipidi avvengono su distanze molto maggiori di quanto si pensasse in precedenza.
Le proteine di membrana sono guardiani cellulari, sensori e recettori di segnalazione, quindi questa tecnologia potrebbe portare a enormi progressi nella nostra comprensione di come funzionano.
Con le tecnologie attuali, le proteine vengono solitamente congelate o cristallizzate in modo che non si muovano, distorcano l'immagine o vengano danneggiate dai raggi X o dai fasci di elettroni utilizzati per visualizzarle. Ciò fornisce un’immagine senza vita di una proteina fissa che normalmente si piega e si piega, lasciando agli scienziati la possibilità di dedurre come interagisce con altre molecole in base alla sua struttura.
In alternativa, alcune tecniche di imaging utilizzano un tag molecolare fluorescente Traccia le particelle mentre si muovonoInvece di guardare direttamente la proteina.
In questo caso, i ricercatori hanno posizionato una goccia d’acqua all’interno di due sottili fogli di grafene per proteggerli dal vuoto di un microscopio elettronico. Sospesi nella goccia d'acqua c'erano nanodischi di proteine e lipidi senza etichetta, che il team ha osservato “danzare” insieme come farebbero nel loro ambiente acquatico naturale.
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Scienziati dei materiali Potresti provarci Da almeno dieci anni per immaginare l'attività delle molecole biologiche nei fluidi, ma non sono stati in grado di osservare chiaramente la dinamica proteica in corso.
Attraverso alcune sottili modifiche a questo approccio, Chen e i suoi colleghi hanno fotografato i loro gruppi di proteine e lipidi in tempo reale, per minuti, non microsecondi. È importante sottolineare che hanno rallentato la velocità con cui gli elettroni penetravano nel campione e hanno lavorato sull’impalcatura del grafene, visualizzando con successo il complesso lipoproteico in azione.
“Al momento, questo è l'unico modo sperimentale per catturare questo tipo di movimento nel tempo.” Lui dice John Smith, uno studente laureato in ingegneria dei materiali presso l'UIUC, è il primo autore di questo articolo.
“La vita è fluida, è in movimento. Stiamo cercando di arrivare ai dettagli più fini di questa connessione in modo sperimentale”.
Per quanto riguarda altri sforzi, le tecniche di imaging migliorate stanno rivelando dettagli sorprendenti su tutti i tipi di eventi microscopici, dall'osservazione di come si forma l'involucro esterno di un virus all'individuazione delle proteine che si dividono in grumi in malattie come l'Alzheimer.
Aggiungete al mix l’intelligenza artificiale, prevedendo la forma 3D di quasi tutte le proteine conosciute dalla scienza, e sembra certamente che si sia aperta una nuova era per la ricerca biologica.
La ricerca è stata pubblicata in Progresso della scienza.
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