De structurele eigenschappen van eiwitten die uiteindelijk belangrijke materialen voor productie en medicijnen zouden kunnen worden, worden onthuld door een nieuwe optische techniek die snel werkt om aminozuursequenties te sorteren, zelfs in levende bacteriën, volgens een team van ingenieurs.

"Er blijft een dringende behoefte aan snelle en efficiënte technieken die de eigenschappen van grote aantallen eiwitsequenties kunnen screenen met een minimaal monstervolume of in levende cellen, " rapporteren de onderzoekers online in het tijdschrift analist .

Natuurlijk voorkomende eiwitten zoals zijde, collageen, wol en andere natuurlijke vezels zijn een industrie van $ 40 miljard.

"Er zijn 30 tot 40 natuurlijke structurele eiwitten die we kennen, " zei Melik C. Demirel, Pierce Development Professor en hoogleraar ingenieurswetenschappen en mechanica, Penn State. "Zijde is erg sterk, maar wanneer het in water wordt geplaatst, verliest het zijn kracht. Eiwitten van inktvisringtanden hebben vergelijkbare eigenschappen, maar omdat ze evolueerden in een natte omgeving, heb dat probleem niet."

Het vinden van varianten van natuurlijk voorkomende eiwitten met specifieke kenmerken is slechts één benadering.

"Het probleem is dat als we kijken naar mechanische eigenschappen, er een gebied is waar geen natuurlijke materialen die eigenschappen hebben, "zei Demirel. "De natuur heeft geen eiwitten met die kenmerken gemaakt of ze zijn verdwenen." De eiwitten die Demirel en zijn team interesseren, zijn zowel natuurlijk als synthetisch. Ze zijn semikristallijn en de eigenschappen waarnaar het team op zoek is, kunnen worden gekenmerkt door hun kristallijne structuur, maar de kristalstructuur verandert als een materiaal opwarmt. Standaard flowcytometrielasers produceren hiervoor te veel warmte.

"Het probleem met licht is dat als je het op een voorwerp schijnt, het object warmt uiteindelijk op, "zei Demirel. "Als we kristalliniteit proberen te meten, we moeten het snel genoeg doen zodat het niet oververhit raakt en de kristalstructuur verandert."

De onderzoekers doen aan flowcytometrie, maar gebruiken femto- en pico-seconde-lasers om de eiwitten te inspecteren terwijl ze in één bestand voorbij stromen. De gekozen eiwitten kunnen dan van de rest worden gescheiden. de lasers, zo snel fietsen als zij, verwarm de monsters niet snel, zodat onderzoekers kunnen zoeken naar de informatie die ze nodig hebben voordat het monster opwarmt en de structuur verandert. Ze gebruiken een proces dat tijddomein-thermotransmissie wordt genoemd en dat het screenen van eiwitten in milliseconden mogelijk maakt en levende cellen niet doodt.

Naast natuurlijk voorkomende eiwitten, de onderzoekers kijken naar synthetische eiwitten, specifiek aangepast van inktvis ringtanden eiwitten. Bacteriën produceren deze eiwitstrengen, dus een niet-dodelijke methode om ze te categoriseren is nodig. Dit proof-of-concept onderzoek toonde aan dat deze methode werkt.

Demirel ontving onlangs een beurs, "High-throughput screening van evolutionaire biologische materialen, " van het Defense University Research Instrumentation Program om een ​​machine te maken die dit in grotere hoeveelheden kan doen. DURIP-fondsen kunnen alleen worden gebruikt voor de aanschaf van grote apparatuur om de huidige of nieuwe onderzoekscapaciteiten te vergroten ter ondersteuning van relevant onderzoek van het Ministerie van Defensie. Inktvis ring tanden eiwitten, omdat ze in water functioneren, kan van belang zijn in het mariene milieu.