Een interdisciplinair team uit Frankfurt en Jena heeft een soort aas ontwikkeld om eiwitcomplexen uit mengsels te vissen. Dankzij dit aas, ' het gewenste eiwit is veel sneller beschikbaar voor verder onderzoek in de elektronenmicroscoop. Het onderzoeksteam heeft deze innovatieve laag ultradunne moleculaire koolstof de 'smart nanosheet' genoemd. Met behulp van deze nieuwe ontwikkeling, ziekten en hun behandeling met medicijnen beter kunnen worden begrepen, bijvoorbeeld.

"Met ons proces nieuwe soorten eiwitten kunnen binnen een week uit mengsels worden geïsoleerd en gekarakteriseerd, " legt Daniel Rhinow van het Max Planck Instituut voor Biofysica in Frankfurt uit. "Tot op heden, alleen de isolatie van de eiwitten was vaak onderdeel van een doctoraat van meerdere jaren." Samen met Andreas Terfort (Goethe University) en Andrey Turchanin (Friedrich Schiller University Jena), het idee ontstond een paar jaar geleden om de gewenste eiwitten direct uit mengsels te vissen door een nanosheet uit te rusten met herkenningsplaatsen waarop het doeleiwit zich bindt. De onderzoekers zijn er nu in geslaagd om eiwitten direct beschikbaar te maken voor onderzoek met behulp van elektronencryomicroscopie via een 'slimme nanosheet'.

Elektronencryomicroscopie is gebaseerd op het schokbevriezen van een monster bij temperaturen onder -150 °C. In dit proces, het eiwit behoudt zijn structuur, er zijn geen storende fixeer- en kleurstoffen nodig, en de elektronen kunnen het bevroren object gemakkelijk bestralen. Het resultaat is een hoge resolutie, driedimensionale afbeeldingen van de kleinste structuren, bijvoorbeeld van virussen en DNA, bijna tot op de schaal van een waterstofatoom.

In voorbereiding, de eiwitten worden in een extreem dun laagje water op een minuscuul metalen rooster diepgevroren. Eerder, monsters moesten worden gereinigd in een complexe procedure, waarbij vaak veel materiaal verloren ging, voordat ze in een elektronenmicroscoop konden worden onderzocht. De elektronenmicroscopieprocedure is alleen succesvol als er maar één type eiwit in de waterlaag is gebonden.

De onderzoeksgroep onder leiding van Turchanin gebruikt nu nanosheets van slechts één nanometer dik en samengesteld uit een verknoopte moleculaire zelf-geassembleerde monolaag. De groep van Terfort bedekt deze nanosheet met een geleermiddel als basis voor de dunne waterfilm die nodig is om te bevriezen. De onderzoekers hechten er vervolgens herkenningspunten (een speciale nitrilotriazijnzuurgroep met nikkelionen) aan. Het team onder leiding van Rhinow gebruikt de slimme nanosheets die op deze manier zijn behandeld om eiwitten uit een mengsel te vissen. Deze waren vooraf gemarkeerd met een histidineketen waarmee ze zich aan de herkenningsplaatsen hechten; alle andere storende deeltjes kunnen worden afgespoeld. De nanosheet met het gebonden eiwit kan dan direct met de elektronenmicroscoop worden bekeken.

"Onze slimme nanosheets zijn bijzonder efficiënt omdat de hydrogellaag de vereiste dunne waterfilm stabiliseert en tegelijkertijd de niet-specifieke binding van storende deeltjes onderdrukt, " legt Julian Scherr van de Goethe-universiteit uit. "Op deze manier moleculaire structuurbiologie kan nu veel sneller eiwitstructuren en -functies onderzoeken." De kennis die hiermee wordt opgedaan, kan worden gebruikt, bijvoorbeeld, ziekten en hun behandeling met medicijnen beter te begrijpen.

Het team heeft de nieuwe nanosheets gepatenteerd en bovendien al een fabrikant gevonden die deze handige tool op de markt zal brengen.