Los científicos han sido pioneros en una nueva técnica para exponer vías bioquímicas ocultas que involucran moléculas individuales a nanoescala.

Un equipo de investigadores del Instituto de Sistemas Vivos de la Universidad de Exeter utilizó la luz para establecer un medio para monitorear la estructura y propiedades de moléculas individuales en tiempo real.

Este enfoque innovador ha permitido al equipo unir temporalmente las moléculas para proporcionar una lente crucial en su dinámica.

El estudio se publica en la revista líder Comunicaciones de la naturaleza .

La estructura de moléculas individuales y sus propiedades. como la quiralidad, es difícil de sondear.

En el nuevo estudio, dirigido por el profesor Frank Vollmer, el grupo pudo observar reacciones a nanoescala que de otro modo serían inaccesibles.

El intercambio de tiol / disulfuro, o la principal forma en que se forman y reorganizan los enlaces disulfuro en una proteína, aún no se ha examinado completamente en el equilibrio a nivel de una sola molécula. en parte porque esto no se puede resolver ópticamente en muestras a granel.

Sin embargo, la luz puede circular alrededor de esferas de vidrio del tamaño de una micra para formar resonancias. La luz atrapada puede interactuar repetidamente con su entorno circundante. Al unir nanopartículas de oro a la esfera, la luz se mejora y se confina espacialmente al tamaño de virus y aminoácidos.

El acoplamiento optoplasmónico resultante permite la detección de biomoléculas que se acercan a las nanopartículas mientras se adhieren al oro. despegar, e interactuar de diversas formas.

A pesar de la sensibilidad de esta técnica, falta especificidad. Se pueden detectar moléculas tan simples como iones atómicos y se pueden discernir ciertas dinámicas, sin embargo, no podemos discriminarlos necesariamente.

Serge Vincent comenta:"Pasó algún tiempo antes de que pudiéramos delimitar cómo tomar muestras de moléculas individuales de manera confiable. Las velocidades de reacción hacia adelante y hacia atrás en el equilibrio están contrabalanceadas y, hasta un cierto punto, buscamos levantar el velo sobre estas dinámicas sutiles ".

Las vías de reacción reguladas por enlaces disulfuro pueden limitar las interacciones a sitios de detección de tiol individuales en las nanopartículas. La alta fidelidad de este enfoque establece un sondeo preciso de las características de las moléculas que experimentan la reacción.

Al colocar conectores en la superficie dorada, las interacciones con especies tioladas se aíslan según su carga y el ciclo mismo.

Las señales del sensor tienen patrones claros relacionados con la presencia de agente reductor. Si esto es, la señal oscila de forma controlada, mientras que si no lo es, las oscilaciones se vuelven estocásticas.

Para cada reacción, se puede resolver el estado de monómero o dímero del grupo saliente.

Asombrosamente, la resonancia optoplasmónica cambia de frecuencia y / o cambia el ancho de línea cuando las moléculas individuales interactúan con ella. En muchos casos, este resultado sugiere un acoplamiento plasmón-vibracional que podría ayudar a identificar moléculas individuales, logrando finalmente la caracterización.

El profesor Frank Vollmer dijo:"Este excelente trabajo de mi estudiante de doctorado, Serge Vincent, allana el camino para muchas técnicas futuras de análisis de moléculas individuales con las que solo hemos estado soñando. Es un paso crucial para nuestro proyecto ULTRACHIRAL. ULTRACHIRAL busca desarrollar avances en la forma en que usamos la luz para analizar moléculas quirales ".