Forskare vid Leiden University och TU Delft har kombinerat två tekniker som används för att mäta strukturen av biomolekyler, skapa en metod som är 10 gånger mer känslig. Med denna nya metod, de hoppas kunna bättre bestämma strukturen för biomolekyler. Det här är viktigt, eftersom en biomolekyls struktur ofta avgör dess funktion. Detsamma gäller mer komplexa organiska föreningar som proteiner, som kan genomgå flera formförändringar under sin livscykel, så att de kan utföra olika uppgifter.

Precis som din högra hand är spegelbilden av din vänstra hand, många molekyler har också en speglad version. Och även om de ser nästan likadana ut, en vänsterhänt molekyl fungerar ofta väldigt annorlunda än en högerhänt. Ett välkänt exempel på detta är läkemedlet talidomid, som marknadsfördes i början av 1960 -talet som ett säkert sömntabletter, även för gravida kvinnor. Läkemedlet bestod av en blandning av vänster- och högerhänta varianter av den aktiva molekylen, men endast den vänsterhänta molekylen hade önskad effekt. Den högerhänta molekylen visade sig vara giftig, vilket gör att tusentals barn föds med deformerade lemmar över hela världen.

Spegelbild

Molekyler som har en spegelbild av sig själva kallas kirala molekyler. Och på grund av skillnaden i biologiska egenskaper mellan vänster- och högerhänta molekyler, kiralitet är ett fenomen som studeras i stort inom naturvetenskapen.

En viktig metod för att mäta om en molekyl är vänster- eller högerhänt är cirkulär dikroism. Med denna teknik, forskare fokuserar cirkulärt polariserat ljus som roterar vänster eller höger på ett prov och mäter sedan hur ljuset absorberas. Eftersom olikartade molekyler absorberar ljus annorlunda, forskare kan använda denna teknik för att bestämma förhållandet mellan dessa molekyler i ett prov. Använda olika färger (våglängder) av ljus, de kan till och med ta reda på hur ett protein viks. Detta är viktigt eftersom proteiner ofta genomgår strukturella förändringar under deras livscykel, med dessa förändringar som påverkar deras beteende.

Bättre signal

Problemet med cirkulär dikroism är att den resulterande signalen vanligtvis är mycket svag. "Det betyder att du behöver mycket tid för att samla in din signal, "förklarar TU Delft -forskaren Martin Caldarola." Du kan jämföra det med slutartiden för en kamera. Ju längre slutartid, desto mer ljus kommer till detektorn. Således, dimmerobjekt kan ses. "Att öka antalet molekyler eller proteiner i ett prov skulle också leda till en bättre signal. Men i vissa fall är det mycket svårt att uppnå.

Forskarna i Leiden och Delft har nu kombinerat cirkulär dikroism med en annan befintlig teknik, kallas fototermisk bildbehandling. Denna metod kan användas för att mäta hur många fotoner en molekyl absorberar. De experimentella insatserna från Michel Orrits grupp vid Leidens universitet ledde till den första arbetssättet. En förbättrad version som gör att forskarna kan ta nästa steg i projektet realiserades vid TU Delft. "Genom att kombinera cirkulär dikroism med fototermisk avbildning, vi uppnådde en känslighet som är 10 gånger högre än bara med cirkulär dikroism, "säger Caldarola. För att bevisa att metoden fungerar, forskarna gjorde vänster- och högerhänta kopior av en gyllene nanostruktur som fungerade som en artificiell molekyl. De mätte sedan framgångsrikt dessa nanostrukturer.

Forskarnas yttersta dröm är att kunna upptäcka kiraliteten hos en enda biomolekyl. Den stora fördelen med cirkulär dikroism är att du inte är beroende av de fluorescerande etiketterna som forskare nu ofta fäster vid sina molekyler för att följa dem. "Dessa etiketter fungerar bra, men de fungerar bara under en begränsad tid. Efter det, ditt experiment är över, "säger Caldarola." I teorin, vår metod bör göra det möjligt för oss att mäta biologiska processer så länge vi vill. "

Det finns fortfarande mycket kvar att göra innan det blir verklighet, fastän. "Tyvärr, vi kan ännu inte upptäcka enstaka molekyler, "säger Caldarola." För att göra detta, vi behöver förbättra känsligheten med en faktor på cirka tusen. Låter det omöjligt? Kanske är det inte det. "Vi har redan sätt att tänka på att göra tekniken hundra gånger mer känslig. Därifrån är det bara ett litet steg."