En un nuevo estudio, los investigadores mostraron que la luz cuántica se puede utilizar para rastrear las reacciones enzimáticas en tiempo real. El trabajo reúne la física cuántica y la biología en un paso importante hacia el desarrollo de sensores cuánticos para aplicaciones biomédicas.
Las moléculas complejas conocidas como enzimas son responsables de muchos procesos dentro de nuestros cuerpos. Sin embargo, pueden ser difíciles de estudiar con enfoques ópticos porque demasiada luz reducirá su actividad o incluso la detendrá por completo.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , un grupo multidisciplinario de investigadores demostró que la luz controlada a nivel de fotón único o cuántico puede permitir mediciones precisas sin interrumpir la actividad enzimática.
"Aunque pueden pasar algunos años antes de que se logren sensores cuánticos prácticos, este tipo de experimento de prueba de principio es importante", dijo el líder del equipo de investigación Ilaria Gianani de la Università degli Studi Roma Tre en Italia. "Ayuda a identificar eláreas donde podemos comenzar a construir conocimiento compartido con otros campos y revela dónde se necesita el avance tecnológico para avanzar ".
control de fotón único
Al investigar las biomoléculas es importante evitar el uso de niveles de luz que puedan alterar sus propiedades o comportamiento. Lograr esto puede ser un desafío porque los bajos niveles de luz pueden no proporcionar mucha información y el ruido puede superar fácilmente la débil señal. Hoy, las enzimasse estudian con mediciones realizadas en ensayos recogidos de la muestra principal para evitar dañar la muestra con luz. Este procedimiento no solo lleva tiempo sino que también evita la observación directa de las enzimas en tiempo real.
Los investigadores superaron este problema mediante el desarrollo de una configuración que les permitió controlar la luz de manera extremadamente precisa, al nivel de un solo fotón. Esto permitió utilizar poca iluminación sin alterar las enzimas, con el potencial de lograr un mejorsensibilidad. La capacidad de abordar la muestra directamente también permitió el seguimiento dinámico con una resolución más alta.
"La clave de nuestro éxito fue una colaboración entre físicos cuánticos, que saben cómo tratar con fotones, y biólogos, que saben cómo tratar con sistemas biológicos", dijo Gianani. "Aunque al principio fue difícil intercambiar ideas,El equipo finalmente creció y desarrolló un lenguaje compartido que ayudó al progreso del trabajo sin problemas. Esta colaboración no hubiera sido posible sin la supervisión del Prof. M. Barbieri, investigador principal del Grupo de Óptica Cuántica ".
Seguimiento de la actividad enzimática
Los investigadores utilizaron su nueva técnica para rastrear los cambios en la quiralidad de una solución de sacarosa debido a la actividad de una enzima conocida como invertasa. El seguimiento de la quiralidad, la capacidad de una molécula dada para rotar la polarización de la luz, proporciona información quepuede usarse para determinar cuántas moléculas de sacarosa han sido procesadas por las enzimas. Los experimentos mostraron que la luz cuántica se puede usar para sondear las actividades enzimáticas en tiempo real sin perturbar la muestra.
"Este trabajo es solo un ejemplo de lo que los sensores cuánticos podrían hacer", dijo Gianani. "Los sensores cuánticos podrían usarse para utilizar de manera óptima la luz para innumerables aplicaciones, incluidas las imágenes biológicas, la detección de campos magnéticos e incluso la detección de ondas gravitacionales".
Los investigadores dicen que hay algunos aspectos tecnológicos que deben abordarse antes de que su enfoque pueda convertirse en un método de referencia para rastrear reacciones enzimáticas. Por ejemplo, las pérdidas de luz son un factor limitante fuerte, pero esperan que su trabajo ayude a estimular el desarrollo tecnológico quepodría abordar este problema.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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