Proteiner är bokstavligen de som driver och skakar den intracellulära världen. Om DNA är filmregissören, då är de skådespelarna. Och mycket kan läras om cellfunktion – och dysfunktion – genom att titta på proteiner i rörelse.
Tills nu, forskare har bara kunnat se denna process indirekt. Nu forskare vid Vanderbilt University i Nashville, Tenn., har kommit på en lovande ny teknik som använder ett skanningstransmissionselektronmikroskop (STEM) för att se proteiner taggade med guldnanopartiklar i sin helhet, intakta celler.
Att bestämma platsen för proteiner i en intakt cell kan hjälpa forskare att studera cancerprocesser, samt förstå hur virus bryter sig in i friska celler och kapar dem, säger Vanderbilt University biträdande professor i fysiologi och biofysik Niels de Jonge, som kommer att presentera sitt teams resultat vid AVS Symposium i Nashville, Tenn., hölls 30 oktober – 4 november. Fördelarna med den nya tekniken kan sträcka sig bortom biologi till energi- och materialvetenskap, för, föreslår de Jonge, ge forskare verktyg som kan hjälpa dem att designa bättre bilbatterier, till exempel.
Moderna metoder för att studera proteininteraktioner har begränsningar. Optiska mikroskop kan fånga svepande vyer av helhet, levande celler; men även om den senaste tekniken tillåter dessa mikroskop att uppnå en upplösning på bara 50 nanometer, enheterna är inte tillräckligt känsliga för att zooma in för en närbild på enskilda proteiner, som bara är några få nanometer tvärs över. Transmissionselektronmikroskop (TEM) kan lösa placeringen av enskilda proteiner, men på bekostnad av hela bilden:cellen måste frysas, skär i bitar, och placeras i ett vakuum för att kunna avbildas.
För att upptäcka proteiner i en helhet, oskadad cell, Vanderbilt-forskarna utnyttjade en STEM-analysteknik som kallas ringformig mörkfältsavbildning (ADF), vilket innebär att man samlar in elektroner från en ring runt STEM:s elektronstrålesond. ADF-detektorer är känsliga för tunga element som guld, leda, och platina, och mycket mindre känsliga för material som vatten och kol – huvudkomponenterna i en cell. Genom att märka proteiner med guld nanopartiklar, forskarna fick proteinerna att sticka ut i stark relief från den annars signallösa cellulära miljön. Även om den inte lever längre, cellerna bevaras i ett så naturligt tillstånd som möjligt, omgiven av vätska som är innesluten i en mikrochipenhet som kan motstå STEM:s vakuum. Hittills, teamet har uppnått en upplösning på cirka 4 nanometer – tio gånger bättre än de bästa optiska mikroskopen.
De Jonge tror att den nya metoden skulle vara ett kraftfullt verktyg för forskare om den används i kombination med optisk mikroskopi. "I slutet, om det fungerar, det är så lätt, " säger han. "Du lägger till fluorescerande etiketter till proteiner. Du observerar en process som pågår [med hjälp av ett optiskt mikroskop] utan att döda cellen omedelbart. Sedan efter en tid, du tar en ögonblicksbild med elektronmikroskopet." Genom att upprepa proceduren flera gånger, forskare kunde fixa cellerna på intressanta platser och zooma in på de områden de ville se i detalj.
För de Jonge, att utforma en procedur som hjälper till att lösa akuta vetenskapliga problem skulle vara "kronan på verket." Men han betonar att mer forskning behövs – inte bara för att perfekta tekniken, men också för att övertyga folk om att det fungerar.
"Forskare vill använda det de är vana vid, " säger han. "Om vi kan visa att den här tekniken har fördelar, då kommer folk långsamt att börja använda det."
