Наблюдение за сборкой на наноуровне в реальном времени

Вирус Эбола, амилоидные фибриллы при болезни Альцгеймера, коллагеновые каркасы тканей и клеточный цитоскелет — все это филаментозные структуры, которые спонтанно собираются из отдельных белков.

Многие белковые филаменты хорошо изучены и уже находят применение в регенеративной медицине, молекулярной электронике и диагностике. Однако сам процесс их сборки — фибриллогенез — остается в значительной степени нераскрытым.

Более глубокое понимание этого процесса путем прямого наблюдения, как ожидается, откроет новые возможности для применения в биомедицине и нанотехнологиях, а также предложит эффективные решения для обнаружения патогенов и молекулярной терапии. Формирование белковых филаментов — высокодинамичный процесс, происходящий во временных и пространственных масштабах, которые требуют быстрых измерений с точностью от нано- до микрометров. Хотя многие методы могут соответствовать этим критериям, сложность заключается в необходимости проводить измерения в воде и в реальном времени. Задача усложняется необходимостью иметь гомогенную сборку, характеризующуюся равномерными скоростями роста филаментов одинакового размера.

Чтобы решить эту задачу, команда NPL разработала архетипическую модель фибриллогенеза на основе искусственного белка, сборку которого регистрировали в реальном времени с помощью методов микроскопии сверхвысокого разрешения. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports издательской группы Nature.

Анджело Белла, старший научный сотрудник группы биотехнологий NPL, поясняет: «Возможность непрерывно визуализировать сборку от начала до созревания позволила нам установить, что белковые мономеры присоединяются к обоим концам растущих филаментов с равномерной скоростью высококооперативным образом».

Исследование закладывает метрологическую основу для изучения различных макромолекулярных сборок в реальном времени и открывает перспективы для конструирования настраиваемых структур нано- и микрометрового масштаба in situ.