Ett team av kemister ledda av prof. Albert Heck sätter en ny snurr på att analysera och förstå molekyler. Genom att på ett genialiskt sätt förbättra strömmätningsutrustningen kunde teamet fånga och observera enskilda molekyler under en mycket längre period – upp till 25 sekunder. Denna förlängda observationstid gjorde det möjligt för dem att se de finare detaljerna i molekyler, vilket förbättrade deras förståelse.

Precisionsuppgraderingen är jämförbar med att mäta en massskillnad på en på en miljon. Heck jämför det med en påse socker. "Denna precision handlar om att kunna se att ett sockerkorn saknas i en full påse med 1 kilo socker", säger Heck.

Teamet publicerade sina resultat i dag i tidskriften Nature Methods . Deras massiva upplösningsuppgradering kan gynna tillverkningen av vacciner och molekylära vektorer som används i genterapi.

Tusen gånger längre

Traditionellt använder kemister en teknik som kallas masspektrometri för att undersöka sammansättningen av molekyler. Även om detta erbjuder analyser i betydande detaljnivåer, är dess nackdel att det tittar på miljontals molekyler samtidigt. Detta gör det svårt att studera stora molekyler eftersom det högre antalet fångade molekyler interfererar med varandra.

Så de utvecklade en ny metod där bara en enda molekyl fångas i en så kallad orbitrap medan den snurrar kraftigt. Genom att mäta snurrbeteendet kan de analysera molekylens massa och sammansättning.

Normalt kan denna metod bara spela in signaler under en kort varaktighet, vanligtvis runt 25 millisekunder. I sin studie modifierade forskarna datainsamlingsmetoden, så att de kunde fånga och övervaka enskilda joner tusen gånger längre, i upp till imponerande 25 sekunder.

För att förstå detta framsteg, föreställ dig att svinga på en gunga i bara några sekunder jämfört med att gunga under en längre period. Ju längre du svingar, desto mer exakt kan en observatör mäta din rytm och härleda egenskaper om dig. På liknande sätt, genom att fånga spinnande joner under en längre tid, kan forskare fånga mer detaljerad information om deras spinningsfrekvens och därmed bättre karakterisera molekyler.

Att kunna mäta gigantiska molekyler så detaljerat skulle kunna bana väg för framsteg inom olika områden, säger Heck. Ett exempel är produktionen av terapeutiska molekyler, såsom virus, kliniskt använda i genterapi. Dessa virus är laddade med en mänskligt korrekt fungerande gen som ersätter felaktiga gener i DNA:t hos patienter som lider av en genetisk störning.

Heck säger:"Hittills kan utvecklare av genterapivirus inte riktigt verifiera om ett virus har den specifika gen som det är tänkt att leverera. Det uppskattas att med nuvarande metoder är endast 1 till 2 procent av de producerade genterapivirusen framgångsrikt laddad med den önskade genen Detta inducerar o att en betydande del av de terapeutiska virus som introduceras i en patient inte kommer att ha någon effekt."

Om utvecklare av genterapi bättre kan mäta skillnaden mellan "tomma" och "fyllda" virus, skulle de kunna göra sina produktionslinjer mer effektiva. Heck säger, "När man betänker att vissa av genterapibehandlingarna kostar cirka 1 miljon euro per behandling, kan denna effektivitetsförbättring ha en betydande fördelaktig inverkan."

Mer information: Evolène Deslignière et al, Ultralånga transienter förbättrar känsligheten och upplösningen i Orbitrap-baserad enkeljonmasspektrometri, Naturmetoder (2024). DOI:10.1038/s41592-024-02207-8

Tillhandahålls av Utrecht University