Ett enklare sätt att spionera på oseriösa molekyler

Individuella proteiner spelar en nyckelroll i utvecklingen av en mängd sjukdomar, inklusive Alzheimers, Parkinsons och Huntingtons. Ett antal nya avbildningstekniker kan avslöja beteendet hos enskilda biomolekyler, men dessa tillvägagångssätt är knepiga och dyra. Nu kan en ny teknik, utvecklad vid Harvard University, ge ett billigare och enklare sätt att mäta och spåra molekyler när de rör sig fritt genom en lösning.

Spåra molekyler: CLIC-uppsättningen består av en konvex lins ovanpå en glasbit täckt med en proteinlösning (rosa). Ett optiskt fluorescensmikroskop och kameror spårar enstaka molekyler.

Proteiner är små - cirka två nanometer i genomsnitt - och de svävar snabbt runt, vilket gör dem svåra att spåra under ett mikroskop. Ett populärt sätt att observera interaktioner mellan två proteiner är att binda en till en yta och vänta tills en annan molekyl kommer förbi och interagerar. Problemet med detta tillvägagångssätt, förklarar Adam Cohen , biträdande professor i kemi vid Harvard University och en TR35 Award-vinnare 2007, är att proteiner beter sig annorlunda när de är fästa på en yta, eftersom de har mindre frihet att röra sig.

Cohens labb har anpassat ett vanligt fluorescensmikroskop för att göra en molekylavbildning enklare. Den nya tekniken, kallad Konvex lins-inducerad inneslutning (CLIC), klämmer molekyler mellan en platt glasskiva och en böjd skiva, så att de är instängda men inte bundna. Även om det finns andra sätt att immobilisera enstaka molekyler, kräver de i allmänhet specialiserade enheter, som kan vara komplexa eller dyra.

En av Cohens postdoktorala forskare, Sabrina Leslie, modifierade ett vanligt fluorescensmikroskop med hjälp av en mekanisk uppställning. En konvex lins berör mitten av en platt glasbit täckt med en proteinhaltig lösning. Linsens krökta yta är placerad nedåt. Proteiner diffunderar genom lösningen, men deras storlek begränsar hur långt de kan färdas mot mitten, där utrymmet mellan det plana glaset och det böjda glaset blir mindre. Hur långt proteinerna kan färdas låter forskarna räkna ut storleken på varje protein.

Linsen kontrollerar också lösningens djup. Detta förhindrar att proteiner blir skiktade ovanpå varandra, som normalt sker. Inställningen gör det också lättare att observera enskilda proteiner längre, eftersom de är instängda mellan det platta glaset och linsen.

Det här är ett vackert enkelt, nytt tillvägagångssätt, säger Julio Fernandez , en professor i biologiska studier vid Columbia University vars laboratorium studerar proteindynamik. Han säger att om man tittar på molekyler under mycket lång tid i hög upplösning kommer forskarna att få tillräckligt med tid att se hur enstaka proteiner beter sig. Det är mycket bättre att observera något med dess dynamik oförändrad, säger han.

Den nya tekniken kan hjälpa forskare att till exempel förstå hur ett enskilt protein bidrar till bildandet av amyloidplack – härvor av proteiner som finns mellan nervceller vid Alzheimers. Detta borde bredda omfattningen av experiment som skulle kunna vara möjliga, säger Cohen.

En annan fördel med CLIC-inställningen är att den är billig. Mikroskop designade för att avbilda enstaka proteiner kostar cirka 100 000 dollar. Du kan bli bättre med CLIC, och det skulle kosta dig ett par hundra dollar, säger Fernández. Det kräver ingen speciell programvara eller dyr utrustning, säger han och tillägger att han planerar att prova tekniken i sitt eget labb.

Fernández betonar att det kommer att ta tid och experiment att bekräfta hur användbar tekniken kommer att vara, men säger att jag tycker att det ser mer än lovande ut.

Dölj