Proteiner och molekyler sätts ihop och demonteras naturligt som en del av många viktiga biologiska processer. Det är mycket svårt att observera dessa mekanismer, som ofta är komplexa och äger rum på nanometerskala, mycket mindre än det normala synliga området. På EPFL, dock, ett tvärvetenskapligt team av forskare har uppfunnit och tillämpat en teknik som gör att dessa mekanismer kan undersökas med oöverträffad precision. Deras arbete är föremål för en artikel publicerad i Naturens nanoteknik .
Nanometriska strukturer kan endast ses med specialmikroskop, såsom atomkraftmikroskop, som uppfanns i mitten av 1980-talet. Dessa instrument skapar en bild genom att fysiskt "känna" provets topografi med en atomärt skarp spets i änden av en liten konsol. Provet skannas sedan punkt för punkt för att skapa en bild. Eftersom detta tar tid, endast statiska prover kan avbildas med konventionella atomkraftmikroskop. Dock, det här är till ingen nytta när forskare vill titta på minutprover som förändras över tiden, såsom proteinsammansättningar.
"Förändring är avgörande för levande materia och är därför avgörande för biologiska processer, " förklarar prof. Georg Fantner, som leder EPFL:s laboratorium för bio- och nanoinstrumentering (LBNI). "Så det var viktigt att vi hittade ett sätt att observera det."
För att observera processer på ett prov som förändras över tiden, skanningshastigheten måste ökas. Dock, i traditionella snabba atommikroskop, krafterna som utövas av mätningen kan störa den molekylära sammansättningsprocessen, speciellt eftersom proteinsammansättningar ofta är mycket ömtåliga. EPFL-forskarna hittade en metod som löste problemet, genom att styra den fysiska interaktionen av den skarpa spetsen mycket exakt med hjälp av pulsat laserljus. Detta ökade dramatiskt skanningshastigheten samtidigt som den milda men extremt exakta skanningsrörelsen bibehölls.
2, 000 rader per sekund
"Vi uppnådde detta genom att använda två lasrar i mikroskopet, varav den ena pekar mot konsolens bas, värmer det lokalt och böjer det därigenom något, säger Adrian Nievergelt, en Ph.D. student vid LBNI och medförfattare till uppsatsen. "Genom att böja konsolen, vi kan undersöka ytan mycket snabbare, samtidigt som du håller fin kontroll över den övergripande rörelsen. Dessutom, vi förbättrade det övergripande systemets prestanda, så att vi kan skanna upp till 2, 000 rader per sekund."
Forskarna testade denna nya teknik för att analysera dynamiken i SAS-6-proteinringbildningen. Denna proteinfamilj spelar en nyckelroll vid montering av centrioler, som är små organeller bevarade från alger till män, grundläggande för cellmotilitet och delning. Det nya instrumentet gjorde det möjligt för forskarna för första gången att visualisera de olika stadierna av ringsammansättningen av SAS-6-proteiner i realtid "Detta är en avgörande spelförändring för fältet", säger prof. Pierre Gönczy, expert på centriolbiologi och medförfattare till studien. "Nu har vi äntligen en metod för att direkt observera hur denna kritiska cellulära komponent sätts ihop till en ringliknande polymer", tillägger Niccolò Banterle, en postdoktor vid Gönczy-laboratoriet och medförfattare till studien. "Detta tillåter oss att bättre förstå hur naturen styr sammansättningen av några av livets minsta byggstenar."
