أصغر “مسطرة” على الإطلاق تقيس مسافات صغيرة مثل عرض الذرة

أصغر “مسطرة” على الإطلاق دقيقة للغاية بحيث يمكنها قياس عرض ذرة واحدة داخل البروتين.

في بعض الأحيان، تطوى البروتينات والجزيئات الكبيرة الأخرى، أو الجزيئات الكبيرة، إلى شكل خاطئ، مما قد يؤثر على طريقة عملها. تلعب بعض التغيرات الهيكلية أيضًا دورًا في حالات مثل مرض الزهايمر. لفهم هذه العملية، من المهم تحديد المسافة الدقيقة بين الذرات – ومجموعات الذرات – داخل هذه الجزيئات الكبيرة، كما يقول ستيفن سهل من معهد ماكس بلانك للعلوم متعددة التخصصات في ألمانيا.

ويقول: “أردنا الانتقال من المجهر الذي يرسم مواقع الجزيئات الكبيرة بالنسبة لبعضها البعض، إلى اتخاذ هذه الخطوة الجريئة المتمثلة في الدخول داخل الجزيء الكبير”.

لبناء “مسطرة” داخل الجزيئات، استخدم سهل وزملاؤه الفلورسنت، أو حقيقة أن بعض الجزيئات تتوهج عند إضاءتها. لقد ربطوا جزيئين من الفلورسنت بنقطتين مختلفتين على جزيء بروتين أكبر ثم استخدموا شعاع الليزر لإلقاء الضوء عليهما. واستناداً إلى الضوء الذي أطلقته الجزيئات المتوهجة، تمكن الباحثون من قياس المسافة بينها.

واستخدموا هذه الطريقة لقياس المسافات بين جزيئات العديد من البروتينات المفهومة جيدًا. وكانت أصغر تلك المسافات 0.1 نانومتر فقط، وهو عرض الذرة النموذجية. كما أعطت مسطرة الفلورسنت قياسات دقيقة تصل إلى حوالي 12 نانومتر، مما يعني أنها تتمتع بنطاق قياس أوسع مما يمكن تحقيقه باستخدام العديد من الطرق التقليدية.

في أحد الأمثلة، نظر الباحثون إلى شكلين مختلفين من نفس البروتين ووجدوا أنهم يستطيعون التمييز بينهما لأن نفس النقطتين كانتا على بعد نانومتر واحد لشكل واحد و4 نانومتر للآخر. وفي تجربة أخرى، قاموا بقياس مسافات صغيرة في خلية سرطانية عظمية بشرية.

يقول سهل إن الفريق حقق هذه الدقة من خلال الاستفادة من العديد من التطورات التكنولوجية الحديثة، مثل المجاهر الأفضل وجزيئات الفلورسنت التي لا تومض ولا تنتج توهجًا يمكن الخلط بينه وبين بعض التأثيرات الأخرى.

“لا أعرف كيف جعلوا مجاهرهم مستقرة إلى هذا الحد. يقول جوناس ريس من جامعة فيينا بالنمسا: “إن التقنية الجديدة تمثل بالتأكيد تقدمًا تقنيًا”. ولكن سيتعين على الدراسات المستقبلية تحديد الجزيئات الدقيقة التي ستثبت أنها أكثر فائدة كمصدر معلومات لعلماء الأحياء، كما يقول.

تقول كيرتي براكاش من مؤسسة رويال مارسدن التابعة لهيئة الخدمات الصحية الوطنية ومعهد أبحاث السرطان في المملكة المتحدة: “على الرغم من أنها تتميز بدقة مذهلة، إلا أن الطريقة الجديدة قد لا تحقق بالضرورة نفس المستوى من التفاصيل أو الدقة عند تطبيقها على أنظمة بيولوجية أكثر تعقيدًا”. . بالإضافة إلى ذلك، يقول إن العديد من التقنيات الجديدة الأخرى أصبحت بالفعل قادرة على المنافسة من حيث قياس المسافات الأصغر فأصغر.

يقول سهل إن فريقه سيعمل الآن على مسارين: تحسين الطريقة بشكل أكبر وتوسيع أفكارهم حول الجزيئات الكبيرة التي يمكنهم الآن النظر فيها.