Точное измерение биомолекул может сыграть решающую роль в улучшении нашего понимания фундаментальных жизненных процессов. В крупномасштабном сравнительном исследовании, в котором приняли участие 19 лабораторий по всему миру, команда, работающая с учеными LMU профессором Торбеном Кордесом и профессором Доном К. Лэмбом, а также профессором Клаусом Зайделем из HHU в Дюссельдорфе и доктором Андерсом Бартом из Технологического университета Делфта, в настоящее время протестировала метод измерения точных размеров и сопоставимости биомолекулы. Их выводы опубликованы в Природные методы.

Белки - это фундаментальные строительные блоки жизни. Каждое животное, каждое растение и каждый микроорганизм состоят из белков и "работают" только на основе бесчисленных сложных процессов, которые контролируются взаимодействием различных белков. Поэтому неудивительно, что наука проявляет живой интерес к лучшему пониманию этих универсальных биохимических процессов.

Проблема в том, что мы не можем просто измерить их линейкой. Таким образом, исследователям приходится прибегать к целому набору различных методов исследования, чтобы получить точную картину того, как выглядят белки, как они ведут себя и как они работают.

Как вы измеряете движущиеся белковые структуры?

Одномолекулярный анализ FRET особенно хорошо подходит для этой цели. В нем используется так называемый резонансный перенос энергии Ферстера (FRET), при котором энергия от возбужденного хромофора передается без излучения второй светочувствительной молекуле. Путем искусственного введения цветных молекул (хромофоров) в исследуемые биомолекулы становится возможным измерять чрезвычайно малые расстояния в субнанометровом диапазоне.

Этот подход уже достаточно хорошо работает для измерения расстояний между различными молекулами. Структура нитей ДНК также может быть исследована достаточно надежно. Однако по сравнению с ДНК выполнение аналогичных операций с белками значительно сложнее. Белки более разнообразны и, прежде всего, более подвижны, что значительно затрудняет их анализ.

Несмотря на это, исследователи, проводившие исследование, теперь смогли наладить процесс и для подвижных белков - достаточно успешно, чтобы добиться точных и воспроизводимых результатов. Например, они смогли измерить не только крошечные расстояния внутри белковых комплексов, но и наблюдать структурные различия по мере того, как белки меняли свою форму.

Лаборатории, принимавшие участие в исследовании, смогли измерить такие структурные изменения с точностью до одного нанометра, и это в масштабах времени менее миллисекунды. Эта поразительная точность показывает, что даже динамические белковые системы могут быть воспроизводимо измерены с помощью FRET.

"До сих пор многие из наших коллег - структурных биологов скептически относились к тому, может ли использование FRET для анализа белков вообще дать какие-либо воспроизводимые результаты, и к тому, как интерпретировать результаты, когда белки движутся", - говорит Торбен Кордес. "Теперь мы смогли развеять эти сомнения. Но при этом мы также показали, насколько крошечными и быстрыми могут быть движения белков, чтобы мы могли наблюдать и количественно оценивать их с помощью FRET ".

Исследователи убеждены: теперь в арсенале структурных биологов появился еще один универсальный и надежный инструмент. Они надеются, что полученные данные также повысят точность прогнозов на основе искусственного интеллекта и тем самым еще больше продвинут наше понимание динамических процессов в белках.