Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i Tyskland har utvecklat en ny metod för att observera enskilda proteiner.

Detaljerad kunskap om proteindynamiken är nödvändig för att förstå de relaterade biologiska processer som sker på molekylär nivå. Hittills, denna information har erhållits genom märkning av proteiner med fluorescerande ämnen, men tyvärr förändrar detta proteinerna som undersöks och påverkar därmed de biologiska processer som ska observeras.

"Vår metod tillåter spårning av enskilda proteiner live utan att behöva märka dem först, " förklarar professor Dr. Carsten Sönnichsen vid Institutet för fysikalisk kemi vid JGU. "Vi får nu helt nya insikter om molekylära processer och kan se, till exempel, hur saker hela tiden är i rörelse även i den allra minsta skalan."

Metoden som utvecklats av gruppen Mainz -kemister som leds av Carsten Sönnichsen är baserad på användning av guldnanopartiklar. Dessa fungerar som glittrande nanoantenner som, när de upptäcker enskilda omärkta proteiner, ändra deras frekvens något, eller med andra ord, deras färg. Dessa små färgförändringar kan observeras med den teknik som utvecklats i Mainz. "Detta är ett enormt steg framåt tekniskt:Vi har lyckats uppnå en mycket hög tidsupplösning för observation av enskilda molekyler, säger Sönnichsen. Det är alltså nu möjligt att exakt observera dynamiken hos en proteinmolekyl ner till millisekunden.

Möjligheten att upptäcka enskilda proteinmolekyler öppnar också helt nya vyer. Det har således blivit praktiskt möjligt att spåra fluktuationen av proteinpopulationstätheten och observera proteinadsorptionsprocesser i realtid, bland annat. "Vi kan se hur molekyler rör sig, hur de dockar på särskilda platser, och hur de viker sig - detta har gett oss ett fönster in i molekylärvärlden, " förklarar Dr. Irene Ament, en medlem av Sönnichsens grupp. Denna nya teknik kan visa sig vara användbar inte bara inom kemi utan även inom medicin och biologi.

Arbetet är ett viktigt inslag i forskning om icke-jämviktsfenomen på molekylär nivå och ger därmed en solid grund för det planerade Cluster of Excellence Molecularly Controlled Non-Equilibrium (MCNE), som har valts ut att gå in i den sista omgången av Excellence Initiative av de tyska federala och delstatsregeringarna för att främja forskning på toppnivå vid tyska universitet. Bland andra källor, projektet fick ekonomiskt stöd i form av ett ERC Starting Grant för projektet "Single metal nanopartiklar som molekylära sensorer" (SINGLESENS).