Учёные нашли способ изучать движение белков на «медленных» временных масштабах

Белки — это рабочие лошадки нашего организма. Для выполнения своих функций им необходимо двигаться, однако учёные до сих пор мало знают о таких движениях на временных масштабах медленнее наносекунды.

Причина этого пробела в знаниях заключается в том, что традиционные методы наблюдения за белками теряют чувствительность на определённых скоростях. Существовало «окно» — от сотен наносекунд до микросекунд, — в котором движение белков было невозможно измерить.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances группой биофизических химиков из Университета штата Огайо, изменило эту ситуацию. Учёные нашли способ измерять, как белки движутся на более медленных скоростях — сотни наносекунд и микросекунды.

Проблема традиционных методов

«Мы очень мало знаем о том, что белки делают на временных масштабах вплоть до микросекунд. Традиционные эксперименты дают очень мало информации, потому что способ, которым мы сейчас исследуем белки, теряет чувствительность на этих скоростях», — пояснил Рафаэль Брюшвейлер, профессор химии и биохимии.

Основным инструментом для таких исследований является ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Однако до этого открытия этот инструмент был не способен измерять фундаментальное поведение белков на скоростях медленнее наносекунды. Информация на этом более медленном масштабе просто «смывалась» и была невидима для инструментов.

Решение: добавление наночастиц

Для решения проблемы Брюшвейлер и его команда добавили наночастицы — диоксид кремния (стекло) — в раствор, содержащий воду и белки. Затем они использовали ЯМР, чтобы увидеть, как белки реагируют.

Белки связывались с кремнезёмом, что внезапно сделало их движения видимыми для анализа. Брюшвейлер сравнил это с созданием нового микроскопа, способного увидеть то, что раньше было недоступно.

«Это немного похоже на то, как если бы у вас был телескоп, и вы смотрели на видимый свет от звёзд. Теперь у вас есть инфракрасный детектор, поэтому вы можете искать инфракрасный свет, который мы не видим невооружённым глазом. Это открывает совершенно новое окно информации», — сказал он.

Значение открытия

Это фундаментальный прорыв, который может открыть новую линию исследований для учёных, пытающихся понять, как белки ведут себя в организме.

«Это поможет нам взглянуть на белок и спросить: как он себя ведёт? Что происходит, когда он взаимодействует с другим белком или лекарством?» — отметил Брюшвейлер. «Это тот тип информации, который нам нужен, чтобы понять функцию этих белков».

Способность оценивать поведение белков на этих скоростях озадачивала Брюшвейлера десятилетиями. Он пытался найти решение 25 лет назад, но тогда это закончилось «зрелищной неудачей». Идея использовать наночастицы, которые больше белков, для визуализации их динамического поведения, пришла позже, в ходе других экспериментов, и сработала.

«Наука действительно имеет дело с этими непредсказуемыми вещами, которых никто не ожидал. Это именно такой случай», — заключил исследователь.