Белки в стеклянной ловушке: новый метод для медицины
Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) разработали уникальный метод изучения белков, который может открыть новые возможности для медицинских исследований. Заключая белки в нанокапсулу из стекла, учёные смогли создать модель белков в их естественной среде. Результаты опубликованы в журнале Small.
Белки выполняют множество задач, необходимых для выживания и функционирования клеток. Особый интерес для разработки лекарств представляют мембранные белки, которые регулируют проникновение молекул в клетку. Понимание их работы — важная задача, но она сложна из-за высокой структурной сложности таких белков. Существующие методы визуализации не дают полного решения для изучения отдельных мембранных белков в их естественной среде.
Группа под руководством Мартина Андерссона с кафедры химии и химической инженерии успешно применила для визуализации белков атомно-зондовую томографию (Atom Probe Tomography). Ранее эта методика использовалась только для исследования металлов и других твёрдых материалов.
Идея возникла при изучении контактных поверхностей между костью и имплантатами, когда учёные смогли различить органические материалы в костной ткани с помощью этой техники.
Основной задачей было сохранить белки неповреждёнными в их естественной среде. Исследователи добились этого, инкапсулировав белок в ультратонкий слой стекла диаметром всего около 50 нанометров. Затем с помощью электрического поля они слой за слоем «снимали» стекло, высвобождая атомы белка один за другим. На компьютере белок затем воссоздавали в 3D.
Результаты исследования были проверены путём сравнения с существующими трёхмерными моделями известных белков. В будущем метод планируют усовершенствовать для повышения скорости и точности.
Метод является прорывным, поскольку он не только моделирует трёхмерную структуру, но и одновременно раскрывает химический состав белков.
«Наш метод предлагает много хороших решений и может стать сильным дополнением к существующим методам. С его помощью можно будет изучать, как устроены белки на атомном уровне», — говорит Мартин Андерссон.
Потенциально этим методом можно изучать все белки, что сейчас невозможно. На сегодняшний день успешно проанализирована структура лишь около 1% мембранных белков.
«С помощью этого метода мы можем изучать отдельные белки, в отличие от текущих методов, которые изучают большое количество белков и затем создают усреднённое значение», — поясняет исследователь группы Густав Сунделл.
Атомно-зондовая томография также позволяет получить информацию о массе атома.
«Поскольку мы собираем информацию о массах атомов, мы можем, например, создавать тесты, в которых лекарственные молекулы комбинируются с разными изотопами — что придаёт им разную массу и делает различимыми в исследовании. Это должно способствовать ускорению процессов конструирования и тестирования новых лекарств», — говорит исследователь группы Матс Хуландер.