Белки можно легко и чувствительно обнаружить по их рассеянному свету

Исследователи из Института науки о свете Общества Макса Планка в Эрлангене разработали оптический метод iSCAT (interferometric detection of scattering), который делает видимыми отдельные белки, например, характерные для некоторых видов рака. В отличие от других методов, требующих предварительной метки целевых биомолекул флуоресцентными маркерами, iSCAT позволяет напрямую детектировать рассеянный свет отдельных белков по их «теням». Метод может не только повысить чувствительность биомедицинской диагностики, но и дать новое понимание фундаментальных биологических процессов.

Как работает метод iSCAT

Ученые направляют лазерный свет на предметное стекло, где нужные белки захвачены с помощью биохимических «приманок». Белки рассеивают лазерный свет, отбрасывая очень слабую тень. Ключевая идея метода — не устранять фоновый свет, а, наоборот, сильно освещать образец и визуализировать слабый сигнал крошечной наночастицы как тень на ярком фоне. Исследователи заставляют фоновый свет интерферировать со слабым рассеянным светом, что усиливает полезный сигнал.

Устранение шума

Для устранения оптического шума, вызванного наноразмерными неровностями образца, используется трюк: снимок делается как до, так и после нанесения раствора с целевым белком. Поскольку большая часть оптического шума не меняется, вычитание одного изображения из другого позволяет убрать шум. В результате целевые белки четко выделяются на фоне в виде темных пятен, даже если тень белка лишь в 10 000–100 000 раз темнее фона.

Возможности метода

Метод позволяет обнаруживать отдельные целевые белки в смесях, где концентрация других белков может быть выше в 2000 раз. Специфичность ограничена не оптикой, а селективностью веществ, используемых для связывания целевых белков со стеклом. Контраст между белком и фоном зависит от размера частицы и может нести информацию о её форме.

Перспективы применения

Сила метода iSCAT заключается не только в высокой чувствительности и возможности подсчета целевых белков, но и в точном определении их положения. Это позволит биологам изучать взаимодействия белков, что критически важно для понимания болезней и биологических процессов. В будущем метод может быть адаптирован для наблюдения за частицами меньше белков, например, фрагментами RNA, и их взаимодействиями с другими веществами. Исследователи работают над дальнейшим улучшением соотношения сигнал/шум.