Het gedrag van een cel is net zo mysterieus als de stemmingswisselingen van een tiener. Echter, Onderzoekers van de Universiteit van Missouri zijn een stap dichter bij het begrijpen van celgedrag, met behulp van een gespecialiseerde microscoop.

Eerder, om celmembranen te bestuderen, onderzoekers zouden vaak monsters moeten invriezen. De eiwitten in deze monsters zouden zich niet gedragen zoals in een normale biologische omgeving. Nutsvoorzieningen, met behulp van een atoomkrachtmicroscoop, onderzoekers kunnen individuele eiwitten observeren in een niet-bevroren monster - handelend in een normale biologische omgeving. Deze nieuwe observatietool kan wetenschappers helpen beter te voorspellen hoe cellen zich zullen gedragen wanneer nieuwe componenten worden geïntroduceerd.

"Wat momenteel ontbreekt in de celbiologie is het vermogen om celgedrag te voorspellen, " zei Gavin King, universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde aan het MU College of Arts and Science, en gezamenlijke assistent-professor in de biochemie. “We kennen nog niet alle details van een aantal biologische processen. wanneer een medicijn in een cel wordt geïntroduceerd, het moet door het membraan gaan, wat een reactie kan veroorzaken. Hoe meer kennis we hebben over die reactie, hoe beter we medicijnen kunnen maken die zich op een specifiek gebied kunnen richten en, mogelijk, resulteren in minder bijwerkingen."

De atomic force microscoop is in staat om de driedimensionale vorm van een individueel eiwit te traceren onder biologische omstandigheden (in vloeistof bij kamertemperatuur). Het bestaat uit een robotarm met aan het ene uiteinde een kleine naald. Onderzoekers positioneren de arm precies op het monster dat ze willen analyseren. Vervolgens, door de naald meerdere keren heel zachtjes op verschillende punten in het preparaat te tikken, een realtime, driedimensionaal beeld van een eiwit wordt ontwikkeld.

Voor deze studie is onderzoekers richtten zich op het in beeld brengen van de gevolgen van een chemische reactie die optreedt in een bepaald eiwit van E. coli dat verantwoordelijk is voor het transporteren van andere eiwitten door het celmembraan. Ze kozen E. coli voor deze studie vanwege de eenvoud van de cellen. Hoewel onderzoekers het precieze moment waarop de reactie plaatsvond niet konden controleren, Dankzij de tikkende beweging van de krachtmicroscoop konden onderzoekers in realtime zien hoe dat eiwit van vorm veranderde als reactie op het vrijkomen van chemische energie. Deze conformationele veranderingen zijn direct gerelateerd aan de biologische functie van het eiwit.

"We kunnen onze ogen gericht houden op slechts één eiwit, voeg verschillende componenten toe, en kijk dan wat er gebeurt, King zei. "Het is alsof je een film maakt van een enkel molecuul dat zijn biologische werk doet. We staan ​​nog maar aan het begin van het begrijpen van de mechanische details van hoe cellen werken, maar naarmate deze tools steeds nauwkeuriger worden, kunnen ze ons in de toekomst van essentiële informatie voorzien."

De studie, "Single molecule observatie van door nucleotide geïnduceerde conformationele veranderingen in basale SecA-ATP hydrolyse, " werd gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .