Muitas vezes considerados os burros de carga do corpo, as proteínas estão entre as biomoléculas mais importantes, críticas para os processos vitais. Eles fornecem a base estrutural para células e tecidos e realizam uma variedade estonteante de tarefas, desde metabolizar energia e ajudar as células a se comunicarem, até defender o corpo de patógenos e orientar a divisão e o crescimento celular.

Como a disfunção de proteínas está implicada em muitas doenças graves, as proteínas são os alvos primários da maioria dos medicamentos terapêuticos.

Em um novo estudo, Shaopeng Wang e seus colegas descrevem um método para examinar proteínas em detalhes. Para fazer isso, seu grupo faz uso inteligente de um fenômeno conhecido como ressonância de plasmon de superfície (SPR), incorporando-o em um tipo inovador de microscópio.

Embora SPR tenha sido uma técnica poderosa para investigar o mundo dos muito pequenos, incluindo as interações de bactérias e vírus, o estudo marca a primeira ocasião em que SPR foi usado com sucesso para obter imagens de moléculas individuais, nesse caso, proteínas. O novo método é conhecido como microscopia de espalhamento de plasmon.

De acordo com Wang:"A corrida para desenvolver essa tecnologia realmente começou há 20 anos." Junto com o autor principal NJ Tao, o grupo calculou que uma forma modificada de SPR deveria ter a sensibilidade para resolver proteínas individuais, embora muito trabalho preparatório tenha sido necessário para tornar isso uma realidade.

Wang é pesquisador do Centro de Biodesign para Bioeletrônica e Biossensores. A nova pesquisa aparece na adição avançada online da revista Métodos da Natureza . Pengfei Zhang, um pós-doutorado no centro, é o autor principal do artigo.

O uso de SPR permite que os pesquisadores investiguem a dinâmica das proteínas da superfície celular - alvos primários para o projeto de drogas - que são particularmente desafiadoras de observar usando cristalografia de raios-X ou espectroscopia de NMR, as duas técnicas convencionais normalmente utilizadas para caracterizar proteínas.

Mas o que é um plasmon de superfície? "Uma propriedade do metal é que você tem muitos elétrons livres, "Wang diz, referindo-se a elétrons não ligados a átomos. "Quando a condição da luz incidente nesses elétrons é a correta, a energia da luz faz com que esses elétrons ressoem. Esses elétrons oscilantes produzem uma onda na superfície do metal. Esta é a ressonância de plasmon de superfície. "

A fim de detectar a ligação de uma molécula de analito (como uma proteína) a uma molécula receptora usando SPR, a molécula receptora é normalmente imobilizada na superfície do sensor e a molécula do analito é adicionada a uma solução aquosa. A luz polarizada é normalmente direcionada sob a superfície de uma fina película de ouro, onde os plasmons de superfície são gerados em um determinado ângulo da luz incidente. O confinamento da luz na superfície pelo plasmão de superfície é visto como uma diminuição na intensidade da luz refletida.

Quando as moléculas de proteína se ligam a moléculas receptoras imobilizadas, o índice de refração nas mudanças de superfície de ouro, alterando a condição de ressonância do plasmão de superfície e produzindo um aumento na intensidade do sinal.

Para refinar e calibrar o sistema, os pesquisadores primeiro observaram eventos de ligação usando nanopartículas de poliestireno, cujo tamanho pode ser controlado com precisão. As nanopartículas também têm a vantagem de produzir maior contraste, auxiliando sua detecção por SPR. O uso de nanopartículas cada vez menores permitiu ao grupo atingir as dimensões minúsculas de uma proteína biológica.

Para alcançar uma resolução tão impressionante, os pesquisadores usaram uma variante da técnica SPR, detectar luz sobre os eventos de ligação de proteínas de cima, ao invés de abaixo, que elimina drasticamente o ruído de fundo, produzindo uma imagem nítida. Como as proteínas ligadas espalham a luz SPR em todas as direções, a detecção do topo evita a luz refletida, melhorando muito a qualidade da imagem.

Wang compara o efeito a ver estrelas contra a cortina de escuridão de fundo, enquanto as estrelas são invisíveis a olho nu contra o fundo barulhento da luz do dia. A detecção de proteínas individuais pode ser realizada sem uma fonte de luz muito poderosa, uma vez que SPR produz forte aprimoramento para o campo de luz perto da superfície do sensor, esclarecendo o sinal da proteína.

Observando a afinidade de ligação à proteína, um dos principais parâmetros críticos para o design de produtos mais seguros, drogas mais eficazes, a nova técnica SPR deve ter um futuro brilhante na arena biomédica, bem como lançar uma nova luz sobre questões fundamentais em escala molecular.