Zvětšit obrázek

DNA napnutá v mikrootvoru uhlíkové folie. Kredit: Zewail & Lorenz/ Caltech.

Asi není pochyb o tom, že jsme jenom více či méně povedené nádoby, které přenášejí křehkou DNA do dalších generací, co nejlépe to dovedou. Jenže, DNA je příliš nepatrná na to, abychom ji mohli obdivovat přímo, natož abychom detailně pozorovali při každodenní namáhavé práci. Naštěstí se objevují technologie, které nám takový zážitek dovedou zprostředkovat. Můžeme se s nimi dozvědět leccos zajímavého, například o biomechanice struktur, které vytváří DNA.

Ahmed Zewail. Kredit: metavid, Wikimedia Commons.

Na CalTechu nedávno právě s takovou technologií přišel Ahmed H. Zewail, shodou okolností zakladatel femtochemie a držitel Nobelovy ceny za chemii egyptského původu. Femtochemie je založená na pozorování chemických reakcí v měřítku femtosekund (čili biliardtin sekundy, deset na mínus patnáctou), což umožňují extrémně krátké laserové pulzy. S trojrozměrnou strukturou zkoumaných materiálů si ale klasická femtochemie příliš neporadí. Zewail teď, společně s kolegou Ulrichem Lorenzem, vymyslel postup, kterým lze zobrazovat biologické nanostruktury v reálném čase a měřit při tom jejich biomechanické vlastnosti. Taková data by mohla být velice k užitku, například v biomedicíně. Dejme tomu, když jsou ve hře zlovolné nenormální proteiny, jako třeba u Alzheimera anebo Parkinsona, tak poměrně záleží na jejich biomechanice.

Zvětšit obrázek

Ustřižení DNA paprskem elektronů. Kredit: Zewail & Lorenz/ Caltech.

Zewail s Lorenzem využili 4D elektronový mikroskop, vyvinutý přímo u nich na Caltechu, v Zewailově Centru fyzické biologie pro ultrarychlou vědu a technologie. Femtochemie má totiž při zobrazování struktur problém s vlnovou délkou světla femtosekundových laserů, která výrazně překračuje rozměry nanostruktur, jako je třeba právě DNA. Takže je nedovede zobrazit v potřebném rozlišení. 4D elektronový mikroskop ale pracuje s paprskem elektronů, které jsou urychlované do vlnových délek v řádu pikometrů (biliontin metru, deset na mínus dvanáctou). Taková vlnová délka poskytuje pro zobrazování DNA a podobných věcí docela pohodové rozlišení, navíc stále na časové škále femtosekund.

Zvětšit obrázek

Femtosekundový laser. Kredit, University of Missouri, Gizmodo.

V publikaci slovutného časopisu PNAS badatelé představili ukázkový experiment, v němž pozorovali chování struktury DNA, napnuté přes mikroskopický otvor v tenkém uhlíkové folii. Manipulovali s ní pomocí paprsku elektronů ve 4D mikroskopu a také s laserem, kterým DNA strukturu zahřívali, aby ji tak rozkmitali. Analýzou pohybů sledované struktury nakonec odvodili její biomechanické vlastnosti. Povzbuzeni úspěchem už prý v Zewailově centru intenzivně zobrazují struktury amyloidů, patologických a velmi odolných fibrilárních forem proteinů, které doprovázejí řadu neurodegenerativních onemocnění. Možné aplikace se ale nabízejí i mimo biologii a medicínu, například při vývoji nanomateriálů.

Literatura

CalTech News 8.2. 2013, PNAS online 4.2. 2013.