Znanstvenici su napravili najmanju antenu ikad napravljenu – samo pet nanometara duljine. Za razliku od svojih mnogo većih kolega s kojima smo svi upoznati, ova minijaturna stvar nije napravljena za prijenos radio valova, već za otkrivanje tajni proteina koji se neprestano mijenjaju.
Nanoantena je napravljena od DNK, molekula koje nose genetske upute koje su oko 20 000 puta manje od ljudske kose. Također je fluorescentan, što znači da koristi svjetlosne signale za snimanje i izvještavanje o informacijama.
A ti svjetlosni signali mogu se koristiti za proučavanje kretanja i promjene proteina u stvarnom vremenu.
Dio inovacije s ovom antenom je način na koji se njezin dio prijamnika također koristi da osjeti molekularnu površinu proteina koji proučava. To rezultira jasnim signalom kada protein ispunjava svoju biološku funkciju.
„Poput dvosmjernog radija koji može i primati i odašiljati radio valove, fluorescentna nanoantena prima svjetlost u jednoj boji ili valnoj duljini, i ovisno o kretanju proteina koju osjeti, zatim prenosi svjetlost natrag u drugoj boji, koju možemo detektirati, “, kaže kemičar Alexis Vallée-Bélisle sa Sveučilišta u Montréalu (UdeM) u Kanadi.
Konkretno, zadatak antene je mjerenje strukturnih promjena u proteinima tijekom vremena. Proteini su velike, složene molekule koje obavljaju sve vrste bitnih zadataka u tijelu, od podrške imunološkom sustavu do reguliranja funkcije organa.
Međutim, dok proteini žure obavljajući svoj posao, oni prolaze kroz stalne promjene u strukturi, prelazeći iz stanja u stanje u vrlo složenom procesu koji znanstvenici nazivaju proteinskom dinamikom. A mi zapravo nemamo dobre alate za praćenje ove dinamike proteina na djelu.
‘Eksperimentalno proučavanje prolaznih stanja proteina ostaje veliki izazov jer tehnike visoke strukturne razlučivosti, uključujući nuklearnu magnetsku rezonanciju i rendgensku kristalografiju, često se ne mogu izravno primijeniti za proučavanje kratkotrajnih proteinskih stanja’, objašnjava tim u svom radu.
Najnovija tehnologija sinteze DNK – oko 40 godina u razvoju – sposobna je proizvesti nanostrukture po narudžbi različitih duljina i fleksibilnosti, optimizirane da ispune svoje potrebne funkcije.
Jedna prednost koju ova super-mala DNK antena ima u odnosu na druge tehnike analize je ta što može uhvatiti vrlo kratkotrajna proteinska stanja. To, kažu istraživači, znači da ovdje postoji mnogo potencijalnih primjena, u biokemiji i nanotehnologiji općenito.
‘Na primjer, uspjeli smo otkriti, u stvarnom vremenu i po prvi put, funkciju enzima alkalne fosfataze s raznim biološkim molekulama i lijekovima’, kaže kemičar Scott Harroun iz UdeM-a. ‘Ovaj enzim je uključen u mnoge bolesti, uključujući razne vrste raka i crijevne upale.’
Istražujući ‘univerzalnost’ svog dizajna, tim je uspješno testirao svoju antenu s tri različita modela proteina – streptavidinom, alkalnom fosfatazom i proteinom G – ali postoji potencijalno još mnogo toga, a jedna od prednosti nove antene je njena svestranost .
‘Nanoantene se mogu koristiti za praćenje različitih biomolekularnih mehanizama u stvarnom vremenu, uključujući male i velike konformacijske promjene – u principu, svaki događaj koji može utjecati na emisiju fluorescencije boje’, piše tim u svom radu.
DNK postaje sve popularnija kao građevni blok koji možemo sintetizirati i manipulirati kako bismo stvorili nanostrukture poput antene u ovoj studiji. Kemija DNK je relativno jednostavna za programiranje i jednostavna za korištenje nakon programiranja.
Istraživači sada žele stvoriti komercijalni startup kako bi tehnologiju nanoantene mogli praktično pakirati i koristiti drugi, bilo da su to farmaceutske organizacije ili drugi istraživački timovi.
‘Možda je ono što nas najviše uzbuđuje spoznaja da bi mnogi laboratoriji diljem svijeta, opremljeni konvencionalnim spektrofluorometrom, mogli lako koristiti ove nanoantene za proučavanje svojih omiljenih proteina, kao što je identificiranje novih lijekova ili razvoj novih nanotehnologija’, kaže Vallée -Bélisle.
Istraživanje je objavljeno u Nature Methods.
DAVID NIELD 12. SIJEČNJA 2022
