Los procesos celulares en las membranas suelen ser rápidos y de corta duración. Las moléculas se ensamblan brevemente, separarse de nuevo, interactuar con diferentes socios y moverse a lo largo oa través de la membrana. Por lo tanto, es importante no solo estudiar instantáneas estáticas de estos procesos, sino también para comprender su dinámica. Pero, ¿cómo se puede lograr esto metódicamente? Petra Schwille del Instituto Max Planck de Bioquímica y Nikolas Hundt de la Universidad Ludwig Maximilians junto con su equipo han desarrollado el método Mass-Sensitive Particle Tracking — MSPT, que permite analizar proteínas durante procesos dinámicos en membranas.

El punto de partida para los biofísicos fueron los avances recientes en fotometría de masas, que ya podría usarse para determinar la masa molecular de moléculas sin marcar en solución. Lo nuevo de MSPT es que ahora se puede rastrear la dinámica de las proteínas asociadas a la membrana en su entorno biológicamente plausible. En este proceso, las proteínas individuales se identifican por su masa molecular sin necesidad de etiquetado. Frederik Steiert, uno de los primeros autores de la publicación, dice:"Ahora podemos rastrear directamente en las membranas biológicas qué masa tienen las proteínas individuales, cómo se mueven y cómo interactúan. Esto nos permite estudiar la dinámica de los sistemas biológicos con mayor detalle ". El análisis de los procesos dinámicos es particularmente importante en biología, ya que muchos procesos en la membrana son transitorios.

Determinación de masa por dispersión de luz.

¿En qué principios se basa el nuevo método? Cuando la luz golpea una partícula, la luz se dispersa. La intensidad de la luz dispersa depende de la masa de la partícula. Los videos en los que las proteínas individuales en las membranas se hacen directamente visibles se registran con un microscopio. Con la ayuda de un software de análisis, estas proteínas se pueden rastrear y su señal de dispersión, y así su masa, puede ser determinado. Actualmente, esto es posible para proteínas con un peso molecular de al menos 50 kDa, es decir, para una gran parte de todas las proteínas conocidas. Otra ventaja del nuevo método MSPT es que no es necesario marcar las proteínas. Se puede lograr el etiquetado, por ejemplo, uniendo etiquetas fluorescentes a las moléculas. Sin embargo, el etiquetado plantea el riesgo de que las proteínas puedan verse afectadas en su función o que las etiquetas fluorescentes se decoloren durante el experimento. Al usar MSPT, a diferencia de, Se evitan los problemas metodológicos que pueden surgir del etiquetado.

Sistema de proteínas MinDE

Para demostrar el potencial del método para cuestiones biológicas, los biofísicos utilizaron un sistema establecido del laboratorio de Schwille:el sistema de proteínas MinDE de la bacteria Escherichia coli (E. coli). Las proteínas MinD y MinE están involucradas en la división celular de E. coli. Tamara Heermann, otro primer autor, dice:"El método nos permite caracterizar propiedades de sistemas dinámicos que antes no eran medibles. Esto nos permitió no solo verificar los hallazgos establecidos sobre el sistema Min, sino también para obtener nuevos conocimientos ". Al utilizar MSPT, el equipo pudo demostrar que los complejos de proteínas MinD son más grandes de lo que se pensaba inicialmente. Además, Los experimentos proporcionan los primeros conocimientos de que MinE puede actuar como una pieza de conexión para las proteínas MinD y que, por lo tanto, puede iniciar la liberación de complejos más grandes en la membrana.

Como se informa en el nuevo documento en Métodos de la naturaleza , MSPT proporciona información valiosa para dilucidar los procesos dinámicos en las membranas biológicas. Sin embargo, los investigadores trabajan continuamente para mejorar aún más el método. En el futuro, el método también debería ser aplicable para proteínas integrales de membrana y debería permitir la detección de proteínas aún más pequeñas.