Умные ультратонкие нанолисты «ловят» белки
Междисциплинарная команда из Франкфурта и Йены разработала своего рода «приманку» для выделения белковых комплексов из смесей. Благодаря ей нужный белок становится доступным для исследования в электронном микроскопе гораздо быстрее. Исследователи назвали этот инновационный слой ультратонкого молекулярного углерода «умным нанолистом». Это открытие позволит лучше понять болезни и механизмы действия лекарств.
«С помощью нашего процесса новые типы белков можно выделить из смесей и охарактеризовать в течение недели, — объясняет Даниэль Райнов из Института биофизики Макса Планка во Франкфурте. — До сих пор только выделение белков часто было частью многолетней докторской диссертации».
Идея заключалась в том, чтобы «вылавливать» нужные белки прямо из смесей, оснастив нанолист участками узнавания, к которым связывается целевой белок. Исследователям удалось сделать белки непосредственно доступными для исследования с помощью крио-электронной микроскопии.
Крио-электронная микроскопия основана на шоковой заморозке образца при температурах ниже -150 °C. При этом структура белка сохраняется, не требуются мешающие фиксирующие и окрашивающие агенты, а электроны могут легко облучать замороженный объект. Результат — высокоразрешающие трёхмерные изображения мельчайших структур, например, вирусов и ДНК, почти до масштаба атома водорода.
Обычно белки шоково замораживают в чрезвычайно тонком слое воды на крошечной металлической сетке. Ранее образцы приходилось очищать в сложной процедуре, часто с большой потерей материала. Процедура электронной микроскопии успешна только если в слое воды находится всего один тип белка.
Исследовательская группа под руководством Турчанина использует нанолисты толщиной всего один нанометр, состоящие из сшитого молекулярного самоорганизующегося монослоя. Группа Терфорта покрывает этот нанолист гелеобразующим агентом в качестве основы для тонкой плёнки воды, необходимой для заморозки. Затем к нему присоединяются участки узнавания (специальная группа нитрилотриуксусной кислоты с ионами никеля).
Команда Райнова использует обработанные таким образом умные нанолисты для «ловли» белков из смеси. Белки предварительно помечаются гистидиновой цепью, с помощью которой они связываются с участками узнавания; все другие мешающие частицы можно смыть. Нанолист со связанным белком затем можно напрямую исследовать в электронном микроскопе.
«Наши умные нанолисты особенно эффективны, потому что слой гидрогеля стабилизирует необходимую тонкую плёнку воды и одновременно подавляет неспецифическое связывание мешающих частиц, — объясняет Джулиан Шерр из Университета Гёте. — Таким образом, молекулярная структурная биология теперь может исследовать структуры и функции белков гораздо быстрее».
Команда запатентовала новые нанолисты и уже нашла производителя, который выведет этот полезный инструмент на рынок.