Ett tvärvetenskapligt team från Frankfurt och Jena har utvecklat ett slags bete för att fiska proteinkomplex ur blandningar. Tack vare detta bete, ' det önskade proteinet är tillgängligt mycket snabbare för vidare undersökning i elektronmikroskopet. Forskargruppen har döpt detta innovativa lager av ultratunt molekylärt kol till det 'smarta nanoskiktet'. Med hjälp av denna nya utveckling, sjukdomar och deras behandling med läkemedel kan förstås bättre, till exempel.

"Med vår process, nya typer av proteiner kan isoleras från blandningar och karakteriseras inom en vecka, " förklarar Daniel Rhinow från Max Planck Institute of Biophysics i Frankfurt. "Till dags dato, bara isoleringen av proteinerna var ofta en del av en doktorsexamen som varade i flera år." Tillsammans med Andreas Terfort (Goethe University) och Andrey Turchanin (Friedrich Schiller University Jena), idén utvecklades för några år sedan att fiska de önskade proteinerna direkt ur blandningar genom att utrusta ett nanoark med igenkänningsplatser till vilka målproteinet binder. Forskarna har nu lyckats göra proteiner direkt tillgängliga för undersökning med hjälp av elektronkryo-mikroskopi genom ett "smart nanoark".

Elektronkryomikroskopi är baserad på chockfrysning av ett prov vid temperaturer under -150 °C. I denna process, proteinet bibehåller sin struktur, inga störande fixerings- och färgämnen behövs, och elektronerna kan lätt bestråla det frusna föremålet. Resultatet är högupplöst, tredimensionella bilder av de minsta strukturerna – till exempel av virus och DNA, nästan ner till skalan av en väteatom.

I förberedelse, proteinerna chockfrysas i ett extremt tunt lager vatten på ett litet metallgaller. Tidigare, prover var tvungna att rengöras i ett komplicerat förfarande – ofta med omfattande förlust av material – innan de undersöktes i ett elektronmikroskop. Elektronmikroskopiproceduren är endast framgångsrik om bara en typ av protein är bunden i vattenskiktet.

Forskargruppen ledd av Turchanin använder nu nanoark som bara är en nanometer tjocka och består av ett tvärbundet molekylärt självmonterat monolager. Terforts grupp täcker detta nanoskikt med ett gelningsmedel som grund för den tunna filmen med vatten som behövs för frysning. Forskarna fäster sedan igenkänningsplatser (en speciell nitrilotriättiksyragrupp med nickeljoner) till den. Teamet som leds av Rhinow använder de smarta nanosheets som behandlats på detta sätt för att fiska proteiner ur en blandning. Dessa markerades i förväg med en histidinkedja med vilken de binder till igenkänningsställena; alla andra störande partiklar kan sköljas bort. Nanoarket med det bundna proteinet kan sedan undersökas direkt med elektronmikroskopet.

"Våra smarta nanoark är särskilt effektiva eftersom hydrogelskiktet stabiliserar den tunna vattenfilmen som krävs och samtidigt undertrycker den ospecifika bindningen av störande partiklar, " förklarar Julian Scherr från Goethe-universitetet. "På detta sätt, molekylär strukturbiologi kan nu undersöka proteinstrukturer och funktioner mycket snabbare." Kunskapen från detta kan användas, till exempel, för att bättre förstå sjukdomar och deras behandling med läkemedel.

Teamet har patenterat de nya nanosheets och dessutom redan hittat en tillverkare som kommer att ta ut detta användbara verktyg på marknaden.