По словам группы инженеров, структурные свойства белков, которые в конечном итоге могут стать важными материалами для производства и медицины, раскрываются с помощью новой оптической техники, которая позволяет быстро сортировать аминокислотные последовательности даже внутри живых бактерий.
«Сохраняется острая потребность в быстрых и эффективных методах, которые могут сканировать свойства большого количества белковых последовательностей с минимальным объемом образца или в живых клетках», - сообщают исследователи онлайн в журнале Analyst.
Природные белки, такие как шелк, коллаген, шерсть и другие натуральные волокна, представляют собой индустрию с оборотом в 40 миллиардов долларов.
«Существует от 30 до 40 природных структурных белков, о которых нам известно», - сказал Мелик С. Демирель, профессор Pierce Development и профессор инженерных наук и механики в штате Пенсильвания. «Шелк очень прочен, но когда его помещают в воду, он теряет свою прочность. Белки кольцевых зубов кальмара обладают аналогичными свойствами, но, поскольку они эволюционировали во влажной среде, у них нет этой проблемы».
Поиск вариантов встречающихся в природе белков со специфическими характеристиками - это только один подход.
«Проблема в том, что когда мы смотрим на механические свойства, существует область, в которой ни один природный материал не обладает такими свойствами», - сказал Демирель. «Либо природа не создала белки с такими характеристиками, либо они исчезли». Белки, которые интересуют Демиреля и его команду, являются как природными, так и синтетическими. Они полукристаллические, и свойства, которые ищет команда, могут быть охарактеризованы их кристаллической структурой, но кристаллическая структура меняется по мере нагревания материала. Стандартные лазеры для проточной цитометрии выделяют слишком много тепла для такого использования.
«Проблема со светом заключается в том, что когда вы направляете его на объект, он в конечном итоге нагревается», - сказал Демирель. «Если мы пытаемся измерить кристалличность, мы должны делать это достаточно быстро, чтобы она не нагрелась и не изменила кристаллическую структуру».
Исследователи проводят проточную цитометрию, но используют фемто- и пикосекундные лазеры для проверки белков, протекающих по одному ряду. Затем выбранные белки можно отделить от остальных. Лазеры, работающие так быстро, не нагревают образцы быстро, поэтому исследователи могут получить необходимую им информацию до того, как образец нагреется и его структура изменится. Они используют процесс, называемый термопередачей во временной области, который позволяет проводить скрининг белков за миллисекунды и не убивает живые клетки.
Помимо встречающихся в природе белков, исследователи изучают синтетические белки, специально адаптированные из белков кольцевых зубов кальмара. Бактерии производят эти белковые нити, поэтому необходим нелетальный метод их категоризации. Это экспериментальное исследование показало, что этот метод действительно работает.
Демирель недавно получил грант «Высокопроизводительный скрининг эволюционных биологических материалов» от Программы исследовательского приборостроения Университета обороны на создание машины, которая может делать это в больших количествах. Средства DURIP могут использоваться только для приобретения основного оборудования для расширения существующего или для разработки новых исследовательских возможностей в поддержку соответствующих исследований Министерства обороны. Белки кольцевидных зубов кальмара, поскольку они функционируют в воде, могут иметь важное значение в морской среде.