På samma sätt som en enda pusselbit passar in i helheten, molekylen hypoxantin binder till en ribonukleinsyra (RNA) kedja, som sedan ändrar sin tredimensionella form inom en sekund och därmed utlöser nya processer i cellen. Tack vare en förbättrad metod, forskare kan nu följa nästan ofattbart små strukturella förändringar i celler när de utvecklas - både när det gäller tid och utrymme. Forskargruppen som leds av professor Harald Schwalbe från Center for Biomolecular Magnetic Resonance (BMRZ) vid Goethe University har lyckats, tillsammans med forskare från Israel, för att accelerera hundra tusen gånger den nukleära magnetiska resonansmetoden (NMR) för att undersöka RNA.

"Detta gör att vi för första gången kan följa dynamiken i strukturella förändringar i RNA med samma hastighet som de inträffar i cellen, "säger Schwalbe, beskriver detta vetenskapliga genombrott, och betonar:"Teamet som leds av Lucio Frydman från Weizmann -institutet i Israel gav ett viktigt bidrag här."

De nya typerna av NMR -experiment använder vattenmolekyler vars atomer kan följas i ett magnetfält. Schwalbe och hans team producerar hyperpolariserat vatten. Att göra så, de tillsätter en förening till vattnet som har permanent oparade elektronradikaler. Elektronerna kan justeras i magnetfältet genom excitation med en mikrovågsugn vid -271 ° C. Denna onaturliga inriktning ger en polarisering som överförs vid +36 ° C till polarisationen av väteatomerna som används i NMR. Vattenmolekyler som polariseras på detta sätt upphettas på några millisekunder och överförs, tillsammans med hypoxantin, till RNA -kedjan. Det nya tillvägagångssättet kan i allmänhet tillämpas för att observera snabba kemiska reaktioner och återveckning av förändringar i biomolekyler på atomnivå.

I synnerhet kan iminogrupperna i RNA analyseras noga med denna metod. På det här sättet, forskarna kunde mäta strukturella förändringar i RNA mycket exakt. De följde en liten bit RNA från Bacillus subtilis, som ändrar sin struktur under hypoxantinbindning. Denna strukturförändring är en del av regleringen av transkriptionsprocessen, där RNA tillverkas av DNA. Sådana små förändringar på molekylär nivå styr ett stort antal processer, inte bara i bakterier utan också i flercelliga organismer och till och med människor.

Denna förbättrade metod kommer i framtiden att göra det möjligt att följa RNA -omveckling i realtid - även om den behöver mindre än en sekund. Detta är möjligt under fysiologiska förhållanden, det är, i en flytande miljö och med en naturlig molekylkoncentration vid temperaturer runt 36 ° C. "Nästa steg blir nu inte bara att studera enstaka RNA utan hundratals av dem, för att identifiera de biologiskt viktiga skillnaderna i deras omvecklingshastigheter, "säger Boris Fürtig från Schwalbes forskargrupp.