Wissenschaftler haben eine neue Technologie entwickelt, die es ermöglicht, zu isolieren und zu untersuchen, wie sich ein einzelnes Protein – 10.000 Mal dünner als ein menschliches Haar – im Laufe der Zeit verhält und verändert.
Das Team der Nottingham Trent University sagt, dass die Arbeit – die erste ihrer Art – es ihnen ermöglicht, zu sehen, wie sich ein Protein in seiner natürlichen Umgebung verhält, und dass es helfen könnte, Proteine, die mit Krankheiten in Verbindung stehen, und wie sie auf bestimmte Therapien ansprechen könnten, besser zu verstehen.
Die Forschung beinhaltet die Verwendung einer sehr hohen Lichtkonzentration, die, wenn der Strahl durch eine speziell konstruierte Nanostruktur geleitet wird, die richtige Kraft erzeugt, um ein einzelnes Protein in der Flüssigkeit zu greifen und zu halten, ohne es zu beschädigen.
Die Technologie kann erkennen, wie das Licht gestreut wird, und die Forscher können diese einzigartigen Daten analysieren, um aufzudecken, wie sich das Protein in Echtzeit verhält.
Das Protein wird in seiner natürlichen flüssigen Umgebung untersucht, da die Technik des Teams den Körper nachahmen kann, indem Faktoren wie Salzkonzentration, pH-Wert oder Sauerstoffgehalt verändert werden.
Als Proof-of-Concept untersuchten die Forscher Ferritin, ein Protein im Blut, das Eisen speichert und freisetzt, um Krankheiten zu verhindern, die mit einer Fehlregulation von Eisen einhergehen, wie beispielsweise Anämie.
Während der Studie konnten sie zwischen dem Ferritin mit und ohne Eisen unterscheiden – da die Daten Unterschiede in ihrem Gewicht und ihrer Bewegung aufzeigten – und sogar den Punkt, an dem das Ferritin ohne Eisen begann, Eisen einzufangen und zu speichern.
Sie sagen, dass die Studie das Verständnis des Eisenaufnahmemechanismus von Ferritinproteinen vertieft hat, was zu neuen Therapeutika für eisenbedingte Krankheiten führen könnte.
Bisher konnten Untersuchungen von Ferritin nur Ensemble-Messungen verwenden, um die Eigenschaften einer großen Anzahl von Proteinen zu quantifizieren, was nur begrenzte Informationen über ihre strukturellen Veränderungen liefert.
Die Forscher argumentieren, dass ihre Arbeit es ermöglichen könnte, eine Reihe von Krankheiten viel früher zu erkennen und zu behandeln, da Proteinveränderungen vor Krankheitssymptomen auftreten.
„Um Dinge außerhalb Ihres Sehvermögens sehen zu können, brauchen Sie zunächst die richtige Technologie. Unsere Nanostruktur ermöglicht es uns, Proteine im Nanomaßstab zu beobachten“, sagte der leitende Forscher Dr. Cuifeng Ying von der School of Science and Technology der Nottingham Trent University.
Sie sagte: „Diese Technik ermöglicht es uns, das Verhalten eines einzelnen lebenden Proteins zu untersuchen, indem wir einen hochintensiven Lichtstrahl verwenden, um es in seiner eigenen Umgebung einzufangen, zu halten und zu untersuchen. Normalerweise müsste man viele Proteine zusammen untersuchen, um zu sehen, wie das funktioniert Gruppe reagiert.
„Viele Proteine sind mit Krankheiten verbunden; wenn wir das Wurzelproblem erkennen, können wir sie möglicherweise besser und früher behandeln.“
Arman Yousefi, ein Ph.D. Kandidat an der Nottingham Trent University und Erstautor dieser Studie, sagte: „Das Streulicht liefert uns einen einzigartigen Fingerabdruck, der uns zeigt, wie sich das Protein verhält. In Bezug auf Ferritin haben wir den starren und entspannten Zustand des Proteins beobachtet mit und ohne Eisen und sogar der Prozess des Sammelns und Speicherns des Eisens aus seiner Umgebung.“
Mohsen Rahmani, Professor für Ingenieurwissenschaften an der NTU und Wolfson Fellow der Royal Society, fügte hinzu: „Diese Technologie und Technik gibt uns das Potenzial, Proteinveränderungen in Bezug auf das Auftreten und Fortschreiten von Krankheiten zu identifizieren. Wir können uns viele Proteine ansehen und sehen, wie sie reagieren Dieser Durchbruch könnte in Zukunft eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Überlebensraten und der Senkung der Gesundheitskosten spielen.
„Es gab bisher kein Werkzeug, um Proteine auf diese Weise zu untersuchen, ohne sie zu zerstören.
Die Studie, an der auch die University of Nottingham und das Adolphe-Merkle-Institut der Universität Fribourg in der Schweiz beteiligt waren, wird in der Zeitschrift veröffentlicht Nano-Buchstaben.
Mehr Informationen:
Arman Yousefi et al, Optische Überwachung der In-situ-Eisenbeladung in einzelne, native Ferritinproteine, Nano-Buchstaben (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00042