Eiwitten zijn letterlijk de bewegers en de schudders van de intracellulaire wereld. Als DNA de filmregisseur is, dan zijn zij de acteurs. En er kan veel worden geleerd over celfunctie - en disfunctie - door eiwitten onderweg te bekijken.

Tot nu, wetenschappers hebben dit proces alleen indirect kunnen zien. Nu onderzoekers aan de Vanderbilt University in Nashville, Tenn., hebben een veelbelovende nieuwe techniek bedacht die een scanning-transmissie-elektronenmicroscoop (STEM) gebruikt om eiwitten die zijn getagd met gouden nanodeeltjes in hun geheel te bekijken, intacte cellen.

Het bepalen van de locaties van eiwitten in een intacte cel kan onderzoekers helpen kankerprocessen te bestuderen, evenals begrijpen hoe virussen in gezonde cellen binnendringen en ze kapen, zegt Vanderbilt University-assistent-professor fysiologie en biofysica Niels de Jonge, die de resultaten van zijn team zal presenteren op het AVS Symposium in Nashville, Tenn., gehouden 30 oktober - 4 november. De voordelen van de nieuwe techniek kunnen verder gaan dan de biologie tot de energie- en materiaalwetenschappen, te, stelt de Jonge voor, onderzoekers tools te geven waarmee ze betere autobatterijen kunnen ontwerpen, bijvoorbeeld.

Moderne methoden voor het bestuderen van eiwitinteracties hebben beperkingen. Optische microscopen kunnen weidse vergezichten van hele, levende cellen; maar hoewel state-of-the-art technieken deze microscopen in staat stellen een resolutie van slechts 50 nanometer te bereiken, de apparaten zijn niet gevoelig genoeg om in te zoomen voor een close-up op individuele eiwitten, die slechts enkele nanometers groot zijn. Transmissie-elektronenmicroscopen (TEM) kunnen de locaties van individuele eiwitten bepalen, maar ten koste van het hele plaatje:de cel moet worden bevroren, in stukjes snijden, en in een vacuüm geplaatst om te worden afgebeeld.

Om eiwitten in een geheel te detecteren, onbeschadigde cel, de Vanderbilt-wetenschappers maakten gebruik van een STEM-analysetechniek genaamd ringvormige donkere veld (ADF) beeldvorming, waarbij elektronen worden verzameld uit een ring rond de elektronenstraalsonde van de STEM. ADF-detectoren zijn gevoelig voor zware elementen zoals goud, leiding, en platina, en veel minder gevoelig voor materialen als water en koolstof – de belangrijkste componenten van een cel. Door eiwitten te taggen met gouden nanodeeltjes, de onderzoekers lieten de eiwitten opvallen in een sterke opluchting van de anders signaalloze cellulaire omgeving. Hoewel niet meer in leven, de cellen worden in een zo natuurlijk mogelijke staat bewaard, omgeven door vloeistof die is ingesloten in een microchip-apparaat dat bestand is tegen het STEM-vacuüm. Daten, het team heeft een resolutie van ongeveer 4 nanometer bereikt - tien keer beter dan de beste optische microscopen.

De Jonge denkt dat de nieuwe methode in combinatie met optische microscopie een krachtig hulpmiddel is voor wetenschappers. "Uiteindelijk, als het werkt, Het is zo makkelijk, ' zegt hij. 'Je voegt fluorescerende labels toe aan eiwitten. Je observeert een proces [met behulp van een optische microscoop] zonder de cel onmiddellijk te doden. Dan, na enige tijd, je maakt een momentopname met de elektronenmicroscoop." Door de procedure meerdere keren te herhalen, wetenschappers konden de cellen op interessante punten fixeren en inzoomen op de gebieden die ze in detail wilden zien.

Voor de Jonge, het ontwerpen van een procedure die helpt bij het oplossen van dringende wetenschappelijke problemen zou "de kroon op het werk" zijn. Maar hij benadrukt dat er meer onderzoek nodig is – niet alleen om de techniek te perfectioneren, maar ook om mensen ervan te overtuigen dat het werkt.

"Wetenschappers willen gebruiken wat ze gewend zijn, "zegt hij. "Als we kunnen aantonen dat deze techniek voordelen heeft, dan zullen mensen het langzaam gaan gebruiken."