Struktury obserwowane przy pomocy zmodyfikowanej techniki NMR

Jądrowy rezonans magnetyczny wzmocniony 10 000 razy. Pozwala na spektakularne obserwacje

Fizycy z Austrii usprawnili jądrowy rezonans magnetyczny, który pozwoli na lepsze podglądanie procesów biologicznych.

Naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Wiedeńskiego opracowała zaawansowaną metodę jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) do monitorowania skomplikowanych zdarzeń biomolekularnych, np. fałdowania białek. Badania kierowane przez prof. Dennisa Kurzbacha zostały opublikowane w Nature Protocols.

Wzmocnienie 10 000 razy

Fałdowanie białek przez długi czasbyło jedną z największych tajemnic biologii. Proces ten, podczas którego łańcuchy aminokwasów przyjmują swoją trójwymiarową strukturę i pozycję, zachodzi w ciągu milisekund. Nic dziwnego, że nie można go oglądać za pomocą standardowej spektroskopii NMR.

Wykorzystując hiperpolaryzowaną wodę naukowcom udało się opracować metodę wzmacniającą sygnały białek, kwasów nukleinowych i innych cząsteczek aktywnych biologicznie. Umożliwia to monitorowanie różnych procesów, takich jak fałdowanie białek. To innowacyjna spektroskopia NMR w czasie rzeczywistym.

Czytaj też: LEGO wyda specjalny zestaw, dzięki któremu młodzi pacjenci oswoją się z badaniem rezonansem magnetycznym

Dzięki tej technice, naukowcy mogą mierzyć właściwości magnetyczne atomów, a tym samym analizować strukturę cząsteczek w roztworze. Metoda prof. Kurzbacha opiera się na NMR i pozwala na monitorowanie procesów biologicznych w czasie rzeczywistym. Wykorzystując rozpuszczanie DNP (D-DNP) można ponad 10 000 razy wzmocnić sygnał.

Hiperpolaryzowana woda działa jak wzmacniacz sygnałów NMR białka podczas pomiaru. Jądra wodoru w hiperpolaryzowanej wodzie wymieniają się z jądrami białek, przenosząc w ten sposób siłę sygnału na te ostatnie.Dennis Kurzbach z Wydziału Chemii Uniwersytetu Wiedeńskiego

Teraz fizycy mogą rejestrować widmo NMR co 100 milisekund i wykorzystywać je do śledzenia współrzędnych różnych aminokwasów oraz tego, jak zmieniają się w czasie. To pozwala na rozróżnianie pojedynczych atomów.

Naukowcy przedstawili sześć potencjalnych zastosowań nowej metody, m.in. obserwację fałdowania białek, a nawet interakcji RNA i białek wiążących RNA jako podstawy ekspresji genów w komórce. Nowa technika może być stosowana do różnych badań RNA, DNA i polipeptydów. To może być prawdziwy przełom w badaniach biologicznych.