新技术可探测蛋白质微型结构以发现致病性蛋白质

2013-2-19 15:22 来源: 麻省科技创业
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  研究人员测定单个蛋白质的工具有限,这让他们很难理解基本的生物学以及一些疾病的原理。

  两项发表在《科学》杂志上的论文开启了确定活细胞中单个蛋白质结构的可能性。尽管研究还处于早期阶段,研究人员有可能借此研究更好地了解蛋白质在疾病中所起的作用。

  美国和德国的物理学家报道了两项不同的研究。这两项研究都是核磁共振成像(MRI)技术的重要进展。它们都应用了经特别改造的钻石薄片,作为纳米级别的磁场探测器。这些微型探测器可以阐明单个有机分子的结构。研究人员利用纳米级的MRI也许有一天就能直接对蛋白质和其他分子进行原子水平上的成像。

  “如果你能在单分子尺度上进行观测,了解更多的过程细节,你也许就能准确得找出问题所在并针对性地解决问题,” 德州农工大学(Texas A&M University)大学的电子工程师菲利普•亨默(Philip Hemmer)说。他没参与这项研究,但在同一期《科学》杂志上写了一篇相关的观点文章。

  到目前为止,科学家研究蛋白质分子结构的方法仍然很有限。X射线衍射法(X-ray diffraction)可以让他们知道一些蛋白质在原子水平上的图像。但是这种方法要求很多蛋白拷贝在固定晶格中结晶。不是所有蛋白质都能做到这点,而且这么做只能得到蛋白质形状的平均结果。传统的核磁共振成像法(MRI)不能看到小于几微米的结构,因为这种方法使用的探测器没有精确到能捕捉极小结构磁场信号的地步。研究团队的领导人、IBM研究院的纳米研发主任丹尼尔•鲁加尔(Daniel Rugar)曾报道在纳米水平上研究单分子的方法,但是该技术需要超低温条件,无法用于活体细胞研究。

  为了找出适用于室温下可对未经改造的单个分子进行成像的方法,鲁加尔的团队和德国斯图加特的一个研究团队将钻石上的瑕疵作为微小磁场感应器。这两个团队报告他们可以探测到小至5纳米大小的原子。他们同时用类似塑料的有机高分子PMMA进行测试,德国地团队还检测了油和其他液体中的分子。

  弗里德曼•赖因哈德(Friedemann Reinhard)是德国团队的一员。他表示目前的结果朝着可测定某种蛋白质三维结构的新技术又迈进了一步,甚至在蛋白质存于更大的生物结构时也能对之进行测定。这些研究可以帮助鉴别蛋白质之间的区别,还能发现那些和疾病有关的异常蛋白质。的确,直接看到单个蛋白质的结构长期以来都是生物学家的梦想。赖因哈德说:“这个梦想也许真得可以实现。”