Причина этого пробела в знаниях может показаться странной проблемой: иногда белки движутся слишком медленно, чтобы некоторые ключевые технологи использовали их, чтобы наблюдать за ними, – настолько медленно, что технология не может уловить их движения. Эти белки по-прежнему движутся очень быстро – от наносекунд до микросекунд. Но до нового исследования исследователи могли видеть только белки, движущиеся быстрее наносекунды.
Исследование, опубликованное в прошлом месяце в журнале Science Advances группой химиков-биофизиков из Университета штата Огайо, изменило это положение.
Исследователи нашли способ измерить, как белки движутся с меньшей скоростью – от сотен наносекунд до микросекунд. Это открытие, фундаментальный прорыв, может открыть новое направление исследований для ученых, пытающихся понять, как белки ведут себя в организме.
"Мы очень мало знаем о том, что делают белки в микросекундах.
Традиционные эксперименты предоставляют очень мало информации, потому что способ, которым мы тестируем белки, теперь теряет чувствительность на этих скоростях – есть окно, в зависимости от того, насколько быстро движется белок, в котором мы не можем видеть, что делает белок и как он себя ведет. ", – сказал Рафаэль Брушвайлер, научный сотрудник штата Огайо и профессор химии и биохимии в штате Огайо. "Наша цель заключалась в том, чтобы открыть это окно. Придумать инструмент для измерения того, как белки функционируют в этих временных масштабах, которые мы не могли наблюдать раньше."
Брушвайлер работал над способами лучшего изучения белков на протяжении десятилетий, начиная с того момента, когда он был аспирантом в Швейцарии. Он и его исследовательская группа в штате Огайо сосредоточены на ядерном магнитном резонансе (ЯМР), инструменте, который помогает ученым понять, как белки ведут себя в организме.
Но этот инструмент, широко принятый в научном сообществе в качестве окончательного инструмента для изучения белков, до этого открытия был неспособен измерять фундаментальное поведение белков на скоростях ниже наносекунды.
«В этом более медленном временном масштабе информация об этих белках просто смывается – она есть, но наши инструменты не могут ее увидеть», – сказал Брушвайлер. "Мы думали, что есть более медленное движение, но его нельзя было наблюдать."
Для этого открытия Брушвейлер и его команда добавили наночастицы – диоксид кремния или стекло – в раствор, содержащий воду и белки, и использовали тот же инструмент, ЯМР – по сути, магнитные капсулы высотой в два этажа – чтобы увидеть, как белки ответили. Белки связаны с диоксидом кремния, что делает их внезапно видимыми для ученых, анализирующих их движения.
По словам Брушвайлера, это было похоже на разработку нового микроскопа, который мог видеть то, что ученые не могли видеть раньше.
«Это немного похоже на то, что у вас есть телескоп, и вы смотрите на видимый свет звезд», – сказал он. "Теперь у вас есть инфракрасный детектор, поэтому вы можете искать инфракрасный свет, который мы не видим невооруженным глазом. Это открывает совершенно новое окно информации."
Эта дополнительная информация является строительным блоком науки, позволяющим исследователям, изучающим белки, задавать более глубокие и качественные вопросы.
"Это поможет нам взглянуть на белок и спросить, как он себя ведет? Что происходит, когда он взаимодействует с другим белком или лекарством?"Брушвайлер сказал. "Это та информация, которая нам нужна, чтобы понять функцию этих белков. Каждый белок выполняет свою функцию в организме, и с помощью этого нового инструмента мы получаем представление о том, что они на самом деле делают, и начинаем лучше понимать, почему."
Возможность оценивать поведение белков на таких скоростях приводила Брушвейлера в замешательство на протяжении десятилетий. Он пытался найти решение 25 лет назад. По его словам, это исследование было «тщательным и красивым», но в конечном итоге оказалось впечатляющим провалом."Он начал верить, что с нашими инструментами просто невозможно изучить белки, движущиеся со скоростью меньше наносекунды.
Его лаборатория начала эксперименты, которые работали с наночастицами в биожидкостях – моче, экстрактах клеток, сыворотке – и он начал задаваться вопросом, могут ли наночастицы, которые хоть и очень маленькие, но больше, чем белки, помочь сделать динамическое поведение белков видимым. ученым. И это сработало.
«Наука действительно имеет дело с этими непредсказуемыми вещами, которых никто не ожидал», – сказал он. "Вот что это такое."