Una nueva técnica de microscopía electrónica que detecta los cambios sutiles en el peso de las proteínas a nanoescala, mientras mantiene la muestra intacta, podría abrir una nueva vía para estudios más profundos y completos de los componentes básicos de la vida.
Científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía descritos en la revista ciencia el primer uso de un microscopio electrónico para identificar directamente isótopos en aminoácidos a nanoescala sin dañar las muestras.
Los isótopos se usan comúnmente para etiquetar moléculas y proteínas. Al medir las variaciones en las firmas vibratorias de la molécula, el microscopio electrónico puede rastrear los isótopos con una precisión espectral y una resolución espacial sin precedentes.
La técnica no destruye los aminoácidos, lo que permite la observación en el espacio real de la química dinámica y crea una base para una serie de descubrimientos científicos desde estructuras biológicas simples a complejas en las ciencias de la vida.
"La forma en que entendemos la progresión de las enfermedades, el metabolismo humano y otros fenómenos biológicos complicados se basa en las interacciones entre proteínas", dijo Jordan Hachtel, investigador postdoctoral ORNL y autor principal. "Estudiamos estas interacciones marcando proteínas específicas con un isótopo".y luego rastrearlo a través de una reacción química para ver a dónde fue y qué hizo "
"Ahora, podemos rastrear etiquetas isotópicas directamente con el microscopio electrónico, lo que significa que podemos hacerlo con una resolución espacial comparable al tamaño real de las proteínas", agregó Hachtel.
Su nuevo experimento, que tuvo lugar en el Centro de Ciencias de Materiales de Nanofase de ORNL, utilizó espectroscopía de pérdida de energía de electrones monocromados, o EELS, en un microscopio electrónico de transmisión de exploración, o STEM. La técnica que utilizaron los científicos es lo suficientemente sensible como para distinguir entre moléculasque difieren en un solo neutrón en un solo átomo. EELS se utilizó para capturar las diminutas vibraciones en la estructura molecular de un aminoácido.
"Las etiquetas isotópicas se ven típicamente a nivel macroscópico usando espectrometría de masas, una herramienta científica que revela el peso atómico y la composición isotópica de una muestra", dijo Juan Carlos Idrobo, científico del personal de ORNL y autor correspondiente. "La espectrometría de masas tiene una increíble resolución de masa,pero normalmente no tiene resolución espacial nanométrica. Es una técnica destructiva "
Un espectrómetro de masas utiliza un haz de electrones para separar una molécula en fragmentos cargados que luego se caracterizan por su relación masa-carga. Observando la muestra a macroescala, los científicos solo pueden inferir estadísticamente qué enlaces químicos probablemente existieronen la muestra. La muestra se destruye durante el experimento, dejando información valiosa sin descubrir.
La nueva técnica de microscopía electrónica, aplicada por el equipo ORNL, ofrece un enfoque más suave. Al colocar el haz de electrones extremadamente cerca de la muestra, pero sin tocarlo directamente, los electrones pueden excitar y detectar las vibraciones sin destruir la muestra,permitiendo observaciones de muestras biológicas a temperatura ambiente durante períodos de tiempo más largos.
Su resultado constituye un gran avance para la microscopía electrónica, ya que el haz de electrones con carga negativa es típicamente sensible solo a los protones y no a los neutrones ". Sin embargo, la frecuencia de las vibraciones moleculares depende del peso atómico y de la medición precisade estas frecuencias vibratorias abre el primer canal directo para medir isótopos en el microscopio electrónico ", dijo Idrobo.
El equipo de investigación dirigido por ORNL espera que su tecnología potencialmente revolucionaria no reemplace sino que complemente la espectrometría de masas y otras técnicas convencionales basadas en neutrones y ópticas utilizadas actualmente para detectar etiquetas isotópicas.
"Nuestra técnica es el complemento perfecto para un experimento de espectrometría de masas a macroescala", dijo Hachtel. "Con el conocimiento previo de la espectrometría de masas, podemos entrar y resolver espacialmente dónde están terminando las etiquetas isotópicas en un espacio realmuestra."
Más allá de las ciencias de la vida, la técnica podría aplicarse a otras materias blandas, como los polímeros, y potencialmente en materiales cuánticos donde la sustitución isotópica puede desempeñar un papel clave en el control de la superconductividad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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