Een nanosonde ontwikkeld door biofysici van NC State zou onderzoekers in staat kunnen stellen om de bewegingen van verschillende eiwitten langs het DNA te traceren - zonder de nadelen van de huidige methoden.

Een groot aantal eiwitten patrouilleren in je DNA-helix als agenten op een beat. Deze eiwitten hebben individuele functies, inclusief het identificeren van beschadigde gebieden op de DNA-streng en het initiëren van reparaties. Om deze eiwitten te bestuderen, onderzoekers hechten er vaak nanosondes aan. De sondes fluoresceren onder bepaalde soorten licht, waardoor hun bewegingen kunnen worden gevolgd.

Het probleem? Volgens biofysicus Shuang Lim, "We weten dat DNA een spiraalvorm heeft - het is een spiraal. Als we deze eiwitten langs de streng zien bewegen, we zouden moeten kunnen zien of ze zowel door het DNA als erlangs bewegen. Helaas, de technologie die we nu hebben, stelt ons niet echt in staat om dat te doen.

"De meest voorkomende sondes op dit moment zijn kwantumstippen en gouden nanostaafjes, "Lim gaat verder. "Quantum dots knipperen, waardoor het moeilijk is om te bepalen waar ze zijn of wat ze op een bepaald moment kunnen doen. Stel je voor dat je een film probeert te kijken, maar met willekeurige donkere frames die opduiken terwijl je kijkt. Je krijgt niet het volledige plaatje. Gouden nanostaafjes, anderzijds, neiging om te wiebelen. De wiebel beïnvloedt ook ons ​​vermogen om een ​​nauwkeurig idee te krijgen van waar deze eiwitten zich bevinden en hoe ze een interactie aangaan met de DNA-streng."

Lim, samen met afgestudeerde student Kory Green en voormalig postdoctoraal wetenschapper Janina Wirth, ontwikkelde een nanosonde die deze problemen aanpakt. Hun sonde - een nanoplasmonisch opconverterend nanodeeltje - verandert de fluorescentie-intensiteit op basis van zijn oriëntatie.

"Deze deeltjes zijn schijfvormig. Als ze plat liggen, ze zijn helder, en als ze op scherp staan, ze zijn donker, " zegt Green. "Ze knipperen niet en ze wiebelen niet, dus het is veel gemakkelijker om nauwkeurige metingen van hen te krijgen."

"Een ander voordeel is dat ze opgewonden raken door - of verschijnen wanneer - ze worden blootgesteld aan infrarood licht, ", zegt Lim. "Veel van de kwantumpuntsondes gebruiken materiaal dat wordt geëxciteerd door blauw, of ultraviolet (UV) licht. UV-blootstelling beschadigt de monsters die we willen bestuderen. Maar infrarood licht niet."

Lim, Green en Wir voerden een proof-of-concept-onderzoek uit met hun sonde door deze te observeren op een vlak substraat en in een sucrose-oplossing, om te zien of ze nauwkeurig konden detecteren hoe de nanosonde bewoog. De voorlopige resultaten waren veelbelovend, dus Lim en het team zijn op weg naar hun volgende stappen, waaronder het testen van de sonde op een DNA-patrouillerend eiwit.

"Al deze eiwitten doen verschillende dingen voor ons DNA, maar we weten niet precies wat ze doen, " zegt Lim. "We hopen deze sonde te gebruiken om een ​​bibliotheek te bouwen die al deze eiwitten karakteriseert, zodat we hun functie kunnen bepalen."