Ученые из Московского Физтеха и Объединенного института ядерных исследований в Дубне научились более эффективно находить небольшие кристаллы белков, по которым биологи могут раскрывать секреты устройства белковых молекул и их функции в организме, говорится в статье, опубликованной в журнале Journal of American Chemical Society.
Российские ученые научились фотографировать крошечные белковые кристаллы

«Научному сообществу широко известна CARS-микроскопия, применяемая в основном для визуализации процессов, происходящих в клетке. Метод CARS также можно настроить для того, чтобы детектировать специфичные только для белков химические связи, получая возможность видеть «сквозь» среду, в которой растут кристаллы», — заявил Алексей Власов из Московского Физтеха в Долгопрудном.

Сложные белковые молекулы в наших организмах состоят из нескольких тысяч аминокислот, чьи цепочки часто бывают закручены в сложную форму благодаря взаимодействиям между отдельными «звеньями» этих пептидных цепей. Пока биологи не до конца раскрыли законы, по которым белки принимают определенную форму, и которые позволяют определять форму молекулы по ее формуле. Поэтому структуру отдельных белков ученым приходится определять «вручную» — или используя компьютерные симуляции, или же замораживая отдельные молекулы белков при помощи жидкого азота и гелия и «просвечивая» их при помощи сверхмощных рентгеновских лазеров.

Проблема часто заключается в том, что многие белки в организме, особенно те, которые связаны с различными болезнями, живут и работают не в «одиночестве», а внутри клеточных мембран или в комбинации с другими белками. Заморозка и «рентген» таких белков — очень сложное и почти невозможное занятие, на реализацию которого часто уходят месяцы, если не годы.

Российские физики смогли упростить эту задачу, используя особый вид спектроскопии — P-CARS, который сегодня применяется для изучения процессов внутри живых клеток. В рамках этой методики изучаемый образец просвечивается двумя лучами лазера, и их фотоны, взаимодействуя с атомами и молекулами белка или живой клетки, особым образом поляризуются, унося с собой информацию об их внутренней структуре.

По словам Власова и его коллег, они успешно проверили работоспособность этой методики на кристаллах двух белков — бактериального родопсина, светочувствительного пигмента микробов, и лизоцима, одного из основных белков слюны и слизистых оболочек. Эти опыты показали, что P-CARS работает лучше, чем применяемые сегодня системы анализа белковых молекул, и при этом не требует специальных процедур подготовки белков, что должно ускорить процесс поиска новых лекарств.