Som en tvåvägsradio som både kan ta emot och sända radiovågor, tar den fluorescerande nanoantennen designad av Alexis Vallée-Bélisle och hans team emot ljus i en färg och beroende på proteinrörelsen den känner av, sänder den sedan tillbaka ljus i en annan färg, vilket vi kan upptäcka. En av de viktigaste innovationerna med dessa nanoantenner är att mottagardelen av antennen (ljustgrön) också används för att känna av den molekylära ytan av det studerade proteinet via molekylär interaktion. Kredit:Caitlin Monney
Forskare vid Université de Montréal har skapat en nanoantenn för att övervaka proteiners rörelser. Rapporterade den här veckan i Nature Methods , är enheten en ny metod för att övervaka den strukturella förändringen av proteiner över tid - och kan gå långt för att hjälpa forskare att bättre förstå naturlig och mänskligt utformad nanoteknik.
"Resultaten är så spännande att vi för närvarande arbetar med att starta ett nystartat företag för att kommersialisera och göra denna nanoantenn tillgänglig för de flesta forskare och läkemedelsindustrin", säger UdeM kemiprofessor Alexis Vallée-Bélisle, studiens senior författare.
En antenn som fungerar som en tvåvägsradio
För över 40 år sedan uppfann forskare den första DNA-syntesen för att skapa molekyler som kodar för genetisk information. "Under de senaste åren har kemister insett att DNA också kan användas för att bygga en mängd olika nanostrukturer och nanomaskiner," tillade forskaren, som också innehar Canada Research Chair in Bioengineering and Bionanotechnology.
"Inspirerade av de 'legoliknande' egenskaperna hos DNA, med byggstenar som vanligtvis är 20 000 gånger mindre än ett människohår, har vi skapat en DNA-baserad fluorescerande nanoantenn, som kan hjälpa till att karakterisera proteiners funktion", sa han.
"Som en tvåvägsradio som både kan ta emot och sända radiovågor, tar den fluorescerande nanoantennen emot ljus i en färg, eller våglängd, och beroende på proteinrörelsen den känner av, sänder den sedan tillbaka ljus i en annan färg, som vi kan upptäcka. "
En av de viktigaste innovationerna med dessa nanoantenner är att mottagardelen av antennen också används för att känna av den molekylära ytan av det studerade proteinet via molekylär interaktion.
En av de största fördelarna med att använda DNA för att konstruera dessa nanoantenner är att DNA-kemin är relativt enkel och programmerbar, säger Scott Harroun, en UdeM-doktorand i kemi och studiens första författare.
"De DNA-baserade nanoantennerna kan syntetiseras med olika längder och flexibiliteter för att optimera deras funktion", sa han. "Man kan enkelt fästa en fluorescerande molekyl till DNA:t och sedan fästa denna fluorescerande nanoantenn till en biologisk nanomaskin, till exempel ett enzym.
"Genom att noggrant ställa in nanoantenndesignen har vi skapat fem nanometer långa antenner som producerar en distinkt signal när proteinet utför sin biologiska funktion."
Fluorescerande nanoantenner öppnar många spännande vägar inom biokemi och nanoteknik, tror forskarna.
"Till exempel kunde vi upptäcka, i realtid och för första gången, funktionen av enzymet alkaliskt fosfatas med en mängd olika biologiska molekyler och läkemedel", säger Harroun. "Detta enzym har varit inblandat i många sjukdomar, inklusive olika cancerformer och tarminflammation.
"Förutom att den hjälper oss att förstå hur naturliga nanomaskiner fungerar eller inte fungerar, vilket leder till sjukdomar, kan denna nya metod också hjälpa kemister att identifiera lovande nya läkemedel samt vägleda nanoingenjörer att utveckla förbättrade nanomaskiner," tillade Dominic Lauzon, en medförfattare till studien gör sin Ph.D. i kemi vid UdeM.
Ett viktigt framsteg som möjliggörs av dessa nanoantenner är också deras lätthet att använda, sa forskarna.
"Kanske det vi är mest upphetsade över är insikten att många labb runt om i världen, utrustade med en konventionell spektrofluorometer, lätt skulle kunna använda dessa nanoantenner för att studera deras favoritprotein, till exempel för att identifiera nya läkemedel eller för att utveckla ny nanoteknik", säger Vallée -Bélisle. + Utforska vidare
