Eiwitten zijn misschien wel de belangrijkste en meest gevarieerde biomoleculen in levende systemen. Deze reeksen aminozuren, die complexe driedimensionale vormen aannemen, zijn essentieel voor de groei en het onderhoud van weefsel, het initiëren van duizenden biochemische reacties en de bescherming van het lichaam tegen ziekteverwekkers via het immuunsysteem. Ze spelen een centrale rol bij gezondheid en ziekte en zijn primaire doelwitten voor farmaceutische geneesmiddelen.
Om eiwitten en hun talloze functies volledig te begrijpen, hebben onderzoekers geavanceerde middelen ontwikkeld om ze te zien en te bestuderen door middel van geavanceerde microscopie, verbetering van lichtdetectie, beeldvormingssoftware en de integratie van geavanceerde hardwaresystemen.
In een nieuwe studie beschrijven corresponderende auteur Shaopeng Wang en zijn collega’s van de Arizona State University een nieuwe techniek die belooft een revolutie teweeg te brengen in de beeldvorming van eiwitten en andere vitale biomoleculen, waardoor deze kleine entiteiten kunnen worden gevisualiseerd met ongekende helderheid en met eenvoudigere middelen dan bestaande methoden .
“De methode die we in deze studie rapporteren, maakt gebruik van normaal dekglas in plaats van met goud gecoat dekglas, wat twee voordelen heeft ten opzichte van onze eerder gerapporteerde labelvrije beeldvormingsmethode met één eiwit, zegt Wang. Het is compatibel met fluorescentiebeeldvorming voor in-situ kruis validatie, en het vermindert het door licht veroorzaakte verwarmingseffect dat de biologische monsters zou kunnen beschadigen. Pengfei Zhang, een uitstekende postdoctoraal onderzoeker in mijn groep, is de technische leiding van dit project.”
Wang heeft een gezamenlijke faculteitsfunctie in het Biodesign Center for Bioelectronics and Biosensors en de School of Biological and Health Systems Engineering. De onderzoeksresultaten van de groep verschijnen in het huidige nummer van het tijdschrift Nature Communications.
De nieuwe methode, bekend als evanescent scattering microscopy (ESM), is gebaseerd op een optische eigenschap die voor het eerst werd erkend in de oudheid, de zogenaamde totale interne reflectie. Dit gebeurt wanneer licht van een medium met een hoge breking (zoals glas) overgaat in een medium met een lage breking (zoals water).
advertentie
Wanneer de hoek van het invallende licht wordt verwijderd van de loodlijn (ten opzichte van het oppervlak), bereikt het uiteindelijk de “kritieke hoek”, waardoor al het invallende licht wordt gereflecteerd in plaats van door het tweede medium te gaan. (Om biologische monsters goed te belichten, wordt laserlicht gebruikt.)
Totale interne reflectie produceert een verdwijnend veld, dat cellen of moleculen zoals eiwitten op het glas-water-grensvlak kan prikkelen, wanneer dergelijke moleculen op een dekglas worden bevestigd, waardoor onderzoekers ze in verbazingwekkende details kunnen visualiseren.
Eerdere methoden labelen de biomoleculen van belang gewoonlijk met fluorescerende tags die bekend staan als fluoroforen, om ze beter af te beelden. Dit proces kan interfereren met de subtiele interacties die worden waargenomen en vereist omslachtige monstervoorbereiding. De ESM-techniek is een labelvrije beeldvormingsmethode die geen fluorescerende kleurstof of gouden coating vereist voor monsterglaasjes.
In plaats daarvan maakt de methode gebruik van subtiele onregelmatigheden in het oppervlak van het dekglas om beelden met haarscherp contrast te produceren. Dit wordt bereikt door de interferentie van uitdovend licht dat wordt verstrooid door de monsters van één molecuul en de ruwe textuur van het dekglas af te beelden.
Het gebruik van verdwijnende golfverstrooiing maakt het mogelijk monsters, inclusief eiwitten, te onderzoeken op extreem ondiepe diepte, typisch <100 micron. Hierdoor kan ESM een optische schijf maken, met afmetingen die vergelijkbaar zijn met een dunne sectie met elektronenmicroscopie.
De nieuwe studie beschrijft het gebruik van ESM om vier modeleiwitten te detecteren: runderserumalbumine (BSA), muizenimmunoglobuline G (IgG), humaan immunoglobuline A (IgA), humaan immunoglobuline M (IgM).
Eiwit-eiwit-interacties, waaronder de snelle binding en dissociatie van individuele eiwitten, werden waargenomen in een reeks experimenten. Het begrijpen van dergelijke bindingskinetiek is essentieel voor het ontwerpen van veiligere en effectievere geneesmiddelen. De onderzoekers gebruikten ESM ook om conformationele veranderingen in DNA scherp te observeren, wat de kracht en veelzijdigheid van de nieuwe methode verder aantoont.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Staatsuniversiteit van Arizona. Origineel geschreven door Richard Harth. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Wetenschappers beschrijven een nieuwe techniek die belooft een revolutie teweeg te brengen in de beeldvorming van eiwitten en andere vitale biomoleculen, waardoor deze kleine entiteiten kunnen worden gevisualiseerd met ongekende helderheid en met eenvoudigere middelen dan bestaande methoden.
Datum van publicatie: 29 april 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily