Bezbłędne obrazowanie struktury
Liczne zaawansowane techniki, takie jak magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), krystalografia rentgenowska i mikroskopia krioelektronowa (cryo-EM) umożliwiają badanie skomplikowanej struktury wielu cząsteczek. Biologia strukturalna napotyka jednak na istotne ograniczenia charakterystyczne dla aktualnie dostępnych metod. Wszystkie te trzy techniki wymagają uśrednienia wyników analizy tysięcy cząsteczek, przez co badania są czasochłonne i trudne, a w przypadku rzadkich białek praktycznie niemożliwe. Krystalografia rentgenowska i cryo-EM powodują niszczenie próbek w wyniku promieniowania, natomiast NMR i krystalografia nadają się tylko do analizy cząsteczek o określonej wielkości i kształcie. Finansowany ze środków UE projekt "Quarternary structure imaging with nano-magnetic resonance imaging (NANO-MRI)" (NANO-MRI) powstał w celu opracowania technologii umożliwiającej określanie struktury białka na podstawie pojedynczej cząsteczki. Naukowcy zajmowali się udoskonaleniami zaawansowanej mikroskopii sił rezonansu magnetycznego (MRFM) o nanoskalowej rozdzielczości, używając wirusa mozaiki tytoniu jako przypadku testowego. MRFM łączy obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) z mikroskopią sił atomowych. Jest ona nieniszczącą techniką o rozdzielczości na poziomie pojedynczych cząstek i umożliwia rozróżnianie pierwiastków. Aktualnie pozwala ona na rekonstruowanie trójwymiarowej struktury specyficznej dla danego pierwiastka. Jej rozdzielczość wynosi jednak ok. 5 nm, co nie daje możliwości obserwowania drobnych szczegółów i struktury atomowej. Ponieważ w MRI kontrast wynika z różnicy stężeń protonów wody, sposobem na poprawę rozdzielczości atomowej może być wykorzystanie dwóch różnych izotopów wodoru. Naukowcy wprowadzili wodór do wirusów za pośrednictwem naturalnego szlaku u roślin. Następnie zsyntetyzowali inne elementy wirusa w bakteriach karmionych substancjami zawierającymi deuter, aby wprowadzić do nich ten izotop. Dzięki odkryciu warunków, w jakich dochodzi do ich samoorganizacji, udało się uzyskać "pasemkowe" wirusy z naprzemiennymi częściami zawierającymi wodór oraz deuter. Projekt NANO-MRI przygotował grunt pod nieinwazyjne badania struktury na podstawie pojedynczych próbek. Realizacja tego ambitnego celu oznaczać będzie początek nowej ery w biologii i chemii strukturalnej, umożliwiając skrócenie czasu analizy oraz badanie struktury cząsteczek niedostępnej dla aktualnie stosowanych technologii.
Słowa kluczowe
Obrazowanie struktury, mikroskopia sił rezonansu magnetycznego, obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego