A menudo considerados los caballos de batalla del cuerpo, las proteínas se encuentran entre las biomoléculas más importantes y críticas para los procesos de la vida. Proporcionan una base estructural para células y tejidos y realizan una vertiginosa variedad de tareas, desde metabolizar la energía y ayudar a las células a comunicarse entre sí hasta defender el cuerpo de los patógenos y guiar la división y el crecimiento celular.

Debido a que la disfunción de las proteínas está implicada en tantas enfermedades graves, las proteínas son los objetivos principales de la mayoría de los fármacos terapéuticos.

En un nuevo estudio, Shaopeng Wang y sus colegas describen un método para examinar proteínas con gran detalle. Para hacer esto, su grupo hace un uso inteligente de un fenómeno conocido como resonancia de plasmón de superficie (SPR), incorporándolo en un tipo innovador de microscopio.

Si bien SPR ha sido una técnica poderosa para investigar el mundo de los muy pequeños, incluidas las interacciones de bacterias y virus, el estudio marca la primera ocasión en que SPR se ha utilizado con éxito para obtener imágenes de moléculas individuales, en este caso, proteínas. El nuevo método se conoce como microscopía de dispersión de plasmones.

Según Wang:"La carrera para desarrollar esta tecnología en realidad comenzó hace 20 años". Junto con el autor principal, NJ Tao, el grupo calculó que una forma modificada de SPR debería tener la sensibilidad para resolver proteínas individuales, aunque se requirió mucho trabajo preparatorio para que esto fuera una realidad.

Wang es investigador del Centro de Biodiseño de Bioelectrónica y Biosensores. La nueva investigación aparece en la avanzada adición en línea de la revista. Métodos de la naturaleza . Pengfei Zhang, un postdoctorado en el centro, es el autor principal del artículo.

El uso de SPR permite a los investigadores investigar la dinámica de las proteínas de la superficie celular, objetivos primarios para el diseño de fármacos, que son particularmente difíciles de observar mediante cristalografía de rayos X o espectroscopia de RMN. las dos técnicas convencionales usualmente aplicadas para caracterizar proteínas.

Pero, ¿qué es un plasmón de superficie? "Una propiedad del metal es que tiene muchos electrones libres, "Wang dice, refiriéndose a electrones no ligados a átomos. "Cuando la condición de la luz incidente sobre estos electrones es la correcta, la energía de la luz hace que estos electrones resuenen. Estos electrones oscilantes producen una onda a través de la superficie del metal. Esta es la resonancia de plasmón superficial ".

Para detectar la unión de una molécula de analito (como una proteína) a una molécula receptora usando SPR, la molécula receptora normalmente se inmoviliza en la superficie del sensor y la molécula de analito se añade a una solución acuosa. La luz polarizada generalmente se dirige debajo de la superficie de una fina película de oro, donde los plasmones de superficie se generan en un ángulo particular de la luz incidente. El confinamiento superficial de la luz por el plasmón superficial se ve como una disminución en la intensidad de la luz reflejada.

Cuando las moléculas de proteína se unen a moléculas receptoras inmovilizadas, el índice de refracción en la superficie del oro cambia, alterando la condición de resonancia del plasmón superficial y produciendo un aumento en la intensidad de la señal.

Para refinar y calibrar el sistema, los investigadores observaron por primera vez eventos de unión utilizando nanopartículas de poliestireno, cuyo tamaño se puede controlar con precisión. Las nanopartículas también tienen la ventaja de producir un mayor contraste, ayudando a su detección por SPR. El uso de nanopartículas cada vez más pequeñas permitió que el grupo alcanzara las diminutas dimensiones de una proteína biológica.

Para lograr una resolución tan impresionante, los investigadores utilizaron una variante de la técnica SPR, detectar luz sobre los eventos de unión a proteínas desde arriba, en lugar de debajo, que elimina drásticamente el ruido de fondo, produciendo una imagen nítida. Debido a que las proteínas unidas dispersan la luz SPR en todas direcciones, la detección desde arriba evita la luz reflejada, mejorando enormemente la calidad de la imagen.

Wang compara el efecto con ver estrellas en el telón de fondo de la oscuridad. mientras que las estrellas son invisibles a la vista contra el ruido de fondo de la luz del día. La detección de proteínas individuales se puede realizar sin una fuente de luz muy potente, dado que SPR produce una fuerte mejora del campo de luz cerca de la superficie del sensor, aclarando la señal de la proteína.

Al concentrarse en la afinidad de unión a proteínas, uno de los parámetros clave críticos para el diseño de más seguros, medicamentos más efectivos, La nueva técnica SPR debería tener un futuro brillante en el campo biomédico, además de arrojar nueva luz sobre cuestiones fundamentales a escala molecular.