Наблюдение за «танцем» молекул в реальном времени

Новая методика, которая улавливает свет в наномасштабе, позволяет в реальном времени наблюдать за изгибом и движением отдельных молекул. Это может помочь понять, как изменения внутри клетки приводят к таким заболеваниям, как рак.

Исследователи из Кембриджского университета продемонстрировали, как использовать свет для наблюдения за отдельными молекулами, изгибающимися и двигающимися в модельной клеточной мембране. Подробности опубликованы 12 августа в журнале Scientific Reports.

Мембрана жизненно важна для нормального функционирования клеток. Многие дегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, муковисцидоз и мышечная дистрофия, как полагают, берут начало в повреждении клеточной мембраны.

Чтобы наблюдать за поведением клеточной мембраны на уровне отдельных молекул, команда из Кембриджа совместно с исследователями из Университета Лидса поместила их в крошечный зазор между зеркальными золотыми гранями наночастицы, расположенной над плоской золотой поверхностью.

Благодаря высокоточному контролю геометрии наноструктур и использованию рамановской спектроскопии — сверхчувствительной методики идентификации молекул — свет можно удерживать между зеркалами, позволяя исследователям «снимать отпечатки пальцев» с отдельных молекул. «Это как иметь чрезвычайно мощную лупу, сделанную из золота», — сказал профессор Джереми Баумберг из NanoPhotonics Centre в Кавендишской лаборатории Кембриджа.

Анализ цвета света, рассеянного зеркалами, позволил увидеть различные колебания каждой молекулы в этом интенсивном оптическом поле. «Исследование таких хрупких биологических образцов светом позволяет нам наблюдать за этими танцующими молекулами часами, не изменяя и не разрушая их», — сказал соавтор Феликс Бенц.

Непрерывное наблюдение за рассеянным светом позволило увидеть, как отдельные молекулы движутся внутрь и наружу крошечных зазоров между зеркалами. Тщательный анализ сигнатур от разных частей каждой молекулы позволил наблюдать изменения её формы. Это помогает понять, как их реакционные центры могут обнажаться во время работы.

«Совершенно поразительно наблюдать, как молекулы меняют форму в реальном времени», — сказал ведущий автор статьи Ричард Тейлор.

Новые данные этой работы предлагают способы раскрытия процессов, необходимых для всей жизни, и понимания того, как небольшие изменения в этих процессах могут вызывать болезни.