Cercetătorii dezvoltă „vele” microscopice din ADN pentru a măsura forțele dintre molecule
O echipă de cercetători de la Universitatea British Columbia Okanagan a dezvoltat o metodă nouă pentru măsurarea forțelor mecanice care guvernează interacțiunile dintre molecule, potrivit unui studiu publicat în revista Science Advances. Metoda, numită spectroscopie de forță prin ancorare (tether force spectroscopy), folosește fluxul unui fluid pentru a trage de moleculele țintă atașate de fire lungi de ADN, simulând astfel forțele pe care acestea le experimentează în interiorul celulelor.
În organism, moleculele sunt supuse în mod constant la tensiuni mecanice care influențează dacă un medicament se atașează de ținta sa, dacă o celulă își păstrează forma sau dacă o boală se instalează. Cu toate acestea, astfel de forțe nu sunt măsurate în mod obișnuit în testele standard de laborator, a explicat dr. Isaac Li, cercetător în chimie și autor principal al studiului. El a precizat că scopul a fost dezvoltarea unei metode care să facă măsurătorile de forță accesibile și să permită analiza mai multor molecule în paralel.
Cum funcționează „velele” de ADN
Tehnica standard de laborator poate indica dacă două molecule se leagă între ele într-o eprubetă, dar nu ține cont de forțele pe care moleculele le resimt în organism. Pentru a studia comportamentul acestora în medii dinamice, oamenii de știință folosesc echipamente specializate care trag de molecule cu forțe controlate cu precizie. Aceste abordări sunt însă limitate la un număr mic de laboratoare foarte specializate, deoarece necesită atașarea moleculelor de obiecte microscopice precum bile, care introduc variabilitate, denaturează rezultatele și complică experimentele.
Noua metodă elimină necesitatea acestor bile. În schimb, o moleculă țintă este ancorată de un fir lung de ADN, iar un curent de fluid este dirijat peste ea. ADN-ul prinde fluxul asemenea unei vele, iar cu cât curentul este mai puternic, cu atât vela trage mai puternic de molecula ancorată dedesubt. Prin marcarea atât a „velei”, cât și a țintei cu substanțe fluorescente, cercetătorii pot observa în timp real modul în care o moleculă se întinde, se deplasează sau se descompune ca răspuns la forțe controlate cu precizie.
Avantaje: scară largă și accesibilitate
Metoda se distinge prin două aspecte. Primul este scara la care operează. Instrumentele considerate standard pentru astfel de măsurători, cum ar fi pensetele optice, sunt precise, dar analizează o singură moleculă odată, ceea ce le face lente. Velele de ADN ale echipei funcționează în masă: sute de molecule pot fi trase și observate simultan într-o singură imagine de microscop.
Al doilea aspect este accesibilitatea. Majoritatea instrumentelor de măsurare a forței sunt specializate, scumpe și complexe. Spectroscopia de forță prin ancorare poate fi realizată cu microscoape de fluorescență și pompe simple, echipamente pe care laboratoarele obișnuite le au deja. Ryan Riopel, coautor al studiului și student la masterat, a subliniat că fiecare velă de ADN are o dimensiune definită și aplică forța printr-o singură ancorare, ceea ce face citirile demne de încredere fără a fi nevoie de echipamente exotice.
Validare și perspective comerciale
Cercetătorii au validat metoda comparând-o cu instrumentul considerat standard în domeniu, apoi au folosit-o pentru a măsura molecule care au fost întinse, desfăcute și desprinse la forțe care acoperă întregul interval relevant pentru biologie. Echipa a depus o cerere de brevet prin Innovation UBC, iar coautorul dr. Adam Yasunaga, cercetător postdoctoral, dezvoltă cazul comercial prin programul Mitacs Lab2Market. O versiune a instrumentului construită în Canada ar putea oferi țării o poziție în domeniul instrumentelor pentru științele vieții, transformând ideea unui laborator universitar într-un echipament pe care alte laboratoare și, eventual, companii îl pot achiziționa.
În descoperirea de medicamente, posibilitatea de a observa modul în care o moleculă candidat rezistă la tensiune fizică, nu doar dacă se leagă într-o eprubetă liniștită, ar putea ajuta cercetătorii să identifice mai devreme substanțele promițătoare. Yasunaga a declarat că obiectivul mai larg este de a oferi cercetătorilor și companiilor acces la date privind interacțiunile moleculare rezolvate în funcție de forță, date care în prezent sunt dificil de obținut la scară largă.
