Jedna molekula cytochromu c. Kredit: Jean-Nicolas Longchamp / University of Zurich.

Když byste si chtěli udělat selfie, a měli k dispozici jenom takový fotoaparát, který by vás mohl spálit na uhel, asi byste si to nejdřív pořádně promysleli. Badatelé čelí velmi podobnému problému, když studují proteiny pod mikroskopem. Moderní zobrazovací metody totiž mohou molekuly proteinů zničit. Aby bylo možné vyfotit jednotlivé molekuly proteinů, tak bylo nutné vymyslet nějaký účinný trik.

Jean-Nicolas Longchamp. Kredit: J.N. Longchamp

Situaci nakonec zachránil grafen, zázrak počátku jednadvacátého století z jedné vrstvy atomů uhlíku, jehož použití nakonec umožnilo pořídit vůbec první snímky molekul proteinů. A k čemu je vlastně dobré fotit molekuly proteinů? Umožňuje nám to lépe pochopit jejich strukturu a funkci, což se vždycky hodí. Velice užitečné je to při léčení onemocnění, jako je třeba Alzheimer. Dnes používané metody zobrazování, jako rentgenová krystalografie nebo kryoelektronová mikroskopie, musejí zprůměrovat snímky milionů molekul. A to nám dává poněkud rozmazaný obrázek.

Zmíněné zprůměrování je nezbytné kvůli tomu, že rentgenové paprsky nebo vysoce energetické elektrony mohou molekuly proteinů poškodit. Zároveň je dost obtížné udržet jednu jedinou molekulu proteinu na jednom místě tak dlouho, aby to stačilo na pořízení pěkného snímku. Jak už bylo řečeno, chtělo to trik. Takový, s jakým přišel Jean-Nicolas Longchamp z Curyšské univerzity a jeho spolupracovníci. Bylo to vlastně docela jednoduché, přinejmenším teoreticky. Roztok s foceným proteinem nastříkali na grafen, čímž molekuly proteinu zafixovali na jednom místě. Pak grafen i s molekulami proteinu šoupli do elektronového holografického mikroskopu (electron holographic microscope), který vytvoři výsledné snímky zobrazením interferencí elektronů.

Nahoře první snímky molekul proteinů, dole jejich modely podle rentgenové krystalografie. Kredit: Jean-Nicolas Longchamp / University of Zurich.

Výhoda takového postupu spočívá v tom, že dotyčné zařízení používá elektrony o nízké energii, které nerozbijí molekuly proteinu. Má to ale háček, nízkoenergetické elektrony zároveň obtížněji procházejí detektorem mikroskopu. Proto přišel Longchampovi a spol. velmi vhod právě grafen. Pro badatele sehrál roli extrémně jemného podložního sklíčka, které je natolik tenké, že skrz něj projdou elektrony s nízkou energií.

University of Zurich

Longchamp s kolegy vyzkoušeli svůj trik na molekulách různých proteinů, vesměs o velikosti pár nanometrů. Zkusili hemoglobin z červených krvinek, hovězí sérový albumin (BSA) nebo mitochondriální protein cytochrom c. Získané snímky porovnali s výsledky rentgenové krystalografie. Na první pohled je krásně vidět, že se jim to povedlo. Jejich snímky jsou přesné. Badatelé teď plánují pořídit snímky i dalších molekul proteinů, které by nás mohly posunout dál ve výzkumu, třeba v medicíně.


Literatura
NewScientist 8. 1. 2016, arXiv:1512.08958.