Proteiner fanget i aktion i intakte celler ved hjælp af ny elektronmikroskopiteknik

Proteiner er bogstaveligt talt bevægelserne og rysterne i den intracellulære verden. Hvis DNA er filminstruktøren, så er de skuespillerne. Og meget kan læres om cellefunktion - og dysfunktion - ved at se proteiner i bevægelse.

Indtil nu, videnskabsmænd har kun været i stand til at se denne proces indirekte. Nu forskere ved Vanderbilt University i Nashville, Tenn., er kommet med en lovende ny teknik, der bruger et scanning transmission elektronmikroskop (STEM) til at se proteiner mærket med guld nanopartikler i sin helhed, intakte celler.

At bestemme placeringen af ​​proteiner i en intakt celle kan hjælpe forskere med at studere kræftprocesser, samt forstå, hvordan vira bryder ind i raske celler og kaprer dem, siger Vanderbilt University assisterende professor i fysiologi og biofysik Niels de Jonge, som vil præsentere sit holds resultater på AVS Symposium i Nashville, Tenn., afholdt 30. okt. – 4. november. Fordelene ved den nye teknik kan strække sig ud over biologi til energi- og materialevidenskab, også, foreslår de Jonge, give forskere værktøjer, der kan hjælpe dem med at designe bedre bilbatterier, for eksempel.

Moderne metoder til at studere proteininteraktioner har begrænsninger. Optiske mikroskoper kan fange fejende udsigter over hele, levende celler; men selvom state-of-the-art teknikker tillader disse mikroskoper at opnå en opløsning på kun 50 nanometer, enhederne er ikke følsomme nok til at zoome ind for at få et nærbillede af individuelle proteiner, som kun er få nanometer på tværs. Transmissionselektronmikroskoper (TEM) kan bestemme placeringen af ​​individuelle proteiner, men på bekostning af hele billedet:cellen skal fryses, skåret i stykker, og placeres i et vakuum for at blive afbildet.

For at påvise proteiner i en helhed, ubeskadiget celle, Vanderbilt-forskerne udnyttede en STEM-analyseteknik kaldet annular dark-field (ADF) billeddannelse, som involverer opsamling af elektroner fra en ring omkring STEM'ens elektronstrålesonde. ADF-detektorer er følsomme over for tunge elementer som guld, at føre, og platin, og meget mindre følsomme over for materialer som vand og kulstof - hovedkomponenterne i en celle. Ved at mærke proteiner med guld nanopartikler, forskerne fik proteinerne til at skille sig ud i stærkt relief fra det ellers signalløse cellulære miljø. Selvom den ikke længere er i live, cellerne bevares i en så naturlig tilstand som muligt, omgivet af væske, der er indesluttet i en mikrochip-enhed, der kan modstå STEM'ens vakuum. Til dato, holdet har opnået en opløsning på omkring 4 nanometer – ti gange bedre end de bedste optiske mikroskoper.

De Jonge mener, at den nye metode ville være et kraftfuldt værktøj for forskere, hvis den bruges i kombination med optisk mikroskopi. "Til sidst, hvis det virker, det er så nemt, " siger han. "Du tilføjer fluorescerende etiketter til proteiner. Du observerer en proces i gang [ved hjælp af et optisk mikroskop] uden at dræbe cellen med det samme. Så efter noget tid, du tager et øjebliksbillede med elektronmikroskopet." Ved at gentage proceduren flere gange, videnskabsmænd kunne fiksere cellerne ved interessepunkter og zoome ind på de områder, de ønskede at se i detaljer.

For de Jonge, at designe en procedure, der hjælper med at løse presserende videnskabelige problemer, ville være "kronen på værket." Men han understreger, at der er behov for mere forskning - ikke kun for at perfektionere teknikken, men også for at overbevise folk om, at det virker.

"Forskere vil bruge det, de er vant til, " siger han. "Hvis vi kan påvise, at denne teknik har fordele, så begynder folk langsomt at bruge det."