Ett team av ryska forskare som arbetar i samarbete med internationella kollegor använde en ny metod som kombinerar visuella mikroskopiska observationer och fotoemissionsspektrumregistrering som kan användas för att skapa en karta över det fysiska och kemiska tillståndet hos en cellyta. Teamet studerade cellerna i kolonbacillen Escherichia coli som är ett lovande material för utveckling av naturliknande teknologier. Studien stöddes med ett anslag från Russian Science Foundation, och artikeln om det publicerades i Resultat i fysik tidning.

Naturliknande objektstudier är ett aktivt växande vetenskapsområde baserat på användningen av biologiska material. Bland annat, det inkluderar teknologier för utveckling av konstruktioner i nanostorlek på basis av biologiska makromolekyler:DNA, proteinkapslar och konjugatorer, och nukleoproteinkomplex. Dock, för att skapa sådana strukturer måste forskare förstå hur ett biologiskt system fungerar som helhet, och även att ha teknologier som möjliggör sådan konstruktion, komposition och strukturell finjustering.

Ett av de bästa ämnena för utvecklingen av dessa teknologier är cellerna i kolonbacillen E coli som lätt kan odlas i labbförhållanden. Bakterierna producerar ferritinliknande proteiner som kallas Dps. En av deras huvudfunktioner i en cell är ackumuleringen av olika järnföreningar (med fast form och inte mer än 5 nm i storlek) inuti proteinkulan. Sådana molekyler kan erhållas genom att använda en lång och relativt dyr extraktionsmetod med olika fraktioneringsmetoder. Alternativt de E coli celler själva kan fungera som en fabrik för kontrollerad produktion, bildning, transport, och distribution av dessa proteiner med oorganiska kärnor. Dock, frågorna om fysiska och kemiska tillstånd hos järnföreningar, såväl som deras lokala atomära och elektroniska förträngning inom bakteriecellerna och på deras ytor förblir öppna. För närvarande finns det inga universella direkta experimentella metoder som är tillräckligt exakta och kemiskt känsliga för studier av mikropartiklar på ytan av biologiska strukturer (t.ex. celler).

Ett team av forskare från Voronezh State University tillsammans med sina kollegor (inklusive representanter för Immanuel Kant Baltic Federal University) var de första som studerade bakterieceller med hjälp av fotoemissionselektronmikroskopi (PEEM). Det gjorde det möjligt för forskarna att visuellt observera individen E coli celler och potentiellt för att studera deras ytors fysiska och kemiska tillstånd. Teamet bekräftade att PEEM var kvalitativt användbar för denna typ av forskning.

"Ett team från Voronezh State University med stöd av Russian Science Foundation använde en uppsättning högupplösta forskningsmetoder, inklusive röntgenfotoelektronspektroskopi och svepelektronmikroskopi, som bekräftade effektiviteten av det använda tillvägagångssättet. Resultaten som gruppen visade håller ut. ett hopp om en bredare användning av PEEM för bioavbildning av cellobjekt med integrerade oorganiska nanopartiklar. Med andra ord, PEEM kan användas för att kartlägga oorganiska inneslutningar på cellytan - det vill säga att få information om vilka atomer och i vilket tillstånd som är lokaliserade på membranet av en bakteriecell i mikroskopisk skala. Röntgenfoto-elektronspektroskopiteknik tillämpades med användning av National Research Center Kurchatov Institute lagringsringsynkrotronstrålning, sa projektledaren, Docent Sergey Turishchev.

"I framtiden planerar vi att öka upplösningsförmågan hos detta tillvägagångssätt för att kunna få exakta data om ytan på enstaka celler eller till och med specifika områden på dem. Dessutom, vi skulle vilja överväga tillämpningen av denna metod inte bara på bakterieceller med ganska resistenta membran, men också till eukaryota celler, " kommenterade Sergey Antipov, Docent och chef för vetenskapsgruppen Molecular Biophysics and Bionanotechnologies vid School of Life Sciences, Immanuel Kant Baltic Federal University.