Новый удивительный метод позволяет наблюдать отдельные молекулы белка — и обещает решить некоторые важнейшие вопросы современной биологии.
Нанотрубки и белки

Поведение и функции белков определяются их пространственной конфигурацией. Научиться предсказывать функции и поведение белка, исходя из его трехмерной структуры — или наоборот, суметь проектировать белок определенной конфигурации для выполнения определенных функций — вот одна из сложнейших и самых перспективных задач современной биологии.

Пока что даже определение пространственной структуры белка остается делом непростым. Для этого используют, скажем, рентгеноструктурный анализ, для которого требуется получить сверхчистый препарат белка, а из него — белковые кристаллы. Но и это возможно не всегда и не для всех белков. Неудивительно, что из десятков тысяч белков, имеющихся в человеческом теле, структурные данные получены менее чем для 2%.

Идеальным было бы научиться видеть пространственную структуру у отдельной молекулы белка, а не у многих, выстроенных в кристалл. Работы в этом направлении ведутся; ученые рассматривают возможности применения для этого пучков электронов или того же рентгена. Однако эти лучи, имея высокие энергии, быстро разрушают биомолекулы. В результате до сих пор неясно, насколько вообще достоверными могут быть измерения, проведенные с их использованием.

Возможно, решением станет идея, предложенная швейцарскими учеными из группы Ханса-Вернера Финка (Hans-Werner Fink), которые рассмотрели возможность использования для этой цели пучков низкоэнергетических электронов. На этих энергетических уровнях электроны имеют длину волны порядка нанометра, что делает их вполне подходящими для измерений с атомарным разрешением. Они же подходят и для формирования голограмм.

Этот подход был опробован в лаборатории: авторы получили электронную голограмму молекулы ферритина, глобулярного белка, имеющегося едва ли не у всех живых существ и играющего в клетке роль хранилища запасов железа. Принципиально технология довольно проста: ферритин смешивается в воде с углеродными нанотрубками, после чего воде дают испариться. Остается смесь, содержащая глобулы ферритина, связанные (одна на одну) с нанотрубками. Испарение происходит в специальной решетчатой емкости, так что некоторые из комплексов нанотрубок и белка задерживаются на ее ячейках. Остается облучить их пучком электронов и зафиксировать получающуюся интерференционную картину.

Таким способом ученые получили электронную голограмму ферритина. Не потребовалось длительных процедур по получению кристаллов, а сами молекулы белка остались в неповрежденном виде. Если этот метод действительно можно использовать для большого спектра белков, он способен привести к большому прорыву в сложной проблеме связи между их структурой и функциями.

По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog