Conocer la forma detallada de las biomoléculas, como las proteínas, es esencial para los estudios biológicos y el descubrimiento de fármacos. La biología estructural moderna se basa en técnicas como la resonancia magnética nuclear RMN, la cristalografía de rayos X y la microscopía crioelectrónica para descubrir los pequeños detalles estructurales.de biomoléculas. Sin embargo, todos estos métodos requieren un promedio de un gran número de moléculas y, por lo tanto, los detalles estructurales de una biomolécula individual a menudo se pierden.
Ahora los investigadores de la Universidad de Zúrich, Suiza, han logrado un gran avance al obtener la primera imagen resuelta de nanómetros milmillonésima parte de un metro de viriones de mosaico de tabaco individuales, un virus de ARN en forma de bastón que infecta una amplia gama de plantas, especialmentetabaco. El trabajo demuestra el potencial de la holografía electrónica de baja energía como una técnica no destructiva de formación de imágenes de una sola partícula para la biología estructural. Los investigadores describen su trabajo en un artículo publicado esta semana en la portada de la revista letras de física aplicada de AIP Publishing.
"Hemos demostrado que por medio de la holografía de baja energía, es posible obtener imágenes de viriones de mosaico de tabaco individuales depositados en grafeno independiente ultra limpio", dijo Jean-Nicolas Longchamp, autor principal y miembro postdoctoral del Departamento de Física deUniversidad de Zúrich, Suiza. "Los viriones se fotografían con una resolución de un nanómetro y muestran detalles de la estructura helicoidal del virus. Nuestra técnica sería la primera herramienta de imagen no destructiva para la biología estructural a un nivel de molécula verdaderamente único".
Longchamp señaló que la técnica también abriría la puerta al "diseño racional de medicamentos", un proceso inventivo para encontrar nuevos medicamentos basados en el conocimiento de un objetivo biológico. En el sentido más básico, el diseño de medicamentos busca y refina químicamente moléculas que tienencierta complementariedad en forma y carga a alguna parte de otra molécula, como el sitio de unión de una proteína humana involucrada en algún proceso fisiológico que falla en una enfermedad dada. Un mejor conocimiento sobre las estructuras individuales de esas proteínas objetivo puede ayudar a los científicos a desarrollarmedicamentos más efectivos.
La holografía electrónica de baja energía es una técnica de uso de una onda electrónica para formar hologramas. Similar a la holografía óptica de luz, aunque con una longitud de onda mucho menor, la información completa de la onda dispersa, como la fase y la amplitud, se registra permitiendoUna reconstrucción inequívoca de la estructura del objeto.
"La holografía electrónica de baja energía tiene dos ventajas principales sobre la microscopía convencional. Primero, la técnica no emplea lentes, por lo que la resolución no estará limitada por la aberración de la lente. Segundo, los electrones de baja energía son inofensivos para las biomoléculas", Dijo Longchamp.
En muchas técnicas convencionales, como la microscopía electrónica de transmisión, la posible resolución está limitada por el daño de radiación de electrones de alta energía a muestras biológicas. Las biomoléculas individuales se destruyen mucho antes de que se pueda adquirir una imagen de calidad suficientemente alta. En otras palabras, ella baja dosis de electrones permitida en microscopias convencionales no es suficiente para obtener imágenes de alta resolución de una única biomolécula.
Sin embargo, en la holografía de electrones de baja energía, las dosis de electrones empleadas pueden ser mucho más altas, incluso después de exponer moléculas frágiles como ADN o proteínas a una dosis de electrones más de cinco órdenes de magnitud más alta que la dosis crítica en la microscopía electrónica de transmisión,no se pudo observar daño por radiación. Una dosis suficiente de electrones en la holografía electrónica de baja energía hace posible la obtención de imágenes de biomoléculas individuales a una resolución nanométrica.
En el experimento de Longchamp, los viriones del mosaico del tabaco se depositaron en un grafeno ultra limpio e independiente, una capa atómicamente delgada de átomos de carbono dispuestos en una red de nido de abeja. El sustrato de grafeno es similar a un portaobjetos de vidrio en microscopía óptica, que es conductor, robustoy transparente para electrones de baja energía.
Para obtener el holograma de alta resolución, una punta de tungsteno atómicamente afilada actúa como fuente de un haz divergente de electrones altamente coherentes. Cuando el haz golpea la muestra, parte del haz se dispersa y la otra parte no se ve afectada.Usando un detector distante en el otro lado de la muestra, los investigadores registraron el holograma de alta resolución de la muestra, un patrón resultante de la interferencia de los dos haces.
"Esta es la primera vez que observamos directamente la estructura helicoidal del virus del mosaico del tabaco sin teñir a nivel de una sola partícula", dijo Longchamp. "Dado que la holografía electrónica de baja energía es un método muy sensible a las perturbaciones mecánicas, el nanómetro actualla resolución podría mejorarse a angstrom una diez billonésima parte de un metro o la resolución atómica en el futuro cercano al mejorar la estabilidad mecánica del microscopio ".
Si bien las proteínas individuales ahora se han fotografiado con una resolución nanométrica utilizando la misma técnica, el siguiente paso de los investigadores es crear imágenes de una proteína única con resolución atómica, algo que nunca antes se había hecho.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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