Em um novo estudo, pesquisadores mostraram que a luz quântica pode ser usada para rastrear reações enzimáticas em tempo real. O trabalho reúne a física quântica e a biologia em uma etapa importante para o desenvolvimento de sensores quânticos para aplicações biomédicas.

As moléculas complexas conhecidas como enzimas são responsáveis ​​por muitos processos dentro de nossos corpos. Contudo, eles podem ser difíceis de estudar com abordagens ópticas porque muita luz reduzirá sua atividade ou mesmo a interromperá completamente.

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , um grupo multidisciplinar de pesquisadores mostrou que a luz controlada no fóton único, ou quantum, nível pode permitir medições precisas sem interromper a atividade enzimática.

"Embora possa demorar alguns anos antes que os sensores quânticos práticos sejam alcançados, este tipo de experimento de prova de princípio é importante, "disse a líder da equipe de pesquisa Ilaria Gianani da Università degli Studi Roma Tre na Itália." Isso ajuda a identificar as áreas onde podemos começar a construir conhecimento compartilhado com outras áreas e revela onde o avanço tecnológico é necessário para fazer progresso. "

Controle de fóton único

Ao investigar biomoléculas, é importante evitar o uso de níveis de luz que possam alterar suas propriedades ou comportamento. Conseguir isso pode ser desafiador porque os baixos níveis de luz podem não fornecer muitas informações e o ruído pode facilmente superar o sinal fraco. Hoje, as enzimas são estudadas com medições realizadas em ensaios coletados da amostra principal para evitar danificar a amostra com luz. Este procedimento não só leva tempo, mas também evita a observação direta das enzimas em tempo real.

Os pesquisadores superaram esse problema desenvolvendo uma configuração que lhes permitia controlar a luz com extrema precisão - no nível de um único fóton. Isso tornou possível usar baixa iluminação sem interromper as enzimas, com potencial para alcançar uma melhor sensibilidade. A capacidade de abordar a amostra diretamente também permitiu o rastreamento dinâmico com resolução mais alta.

"A chave para o nosso sucesso foi uma colaboração entre físicos quânticos, que sabem como lidar com fótons, e biólogos, que sabem como lidar com sistemas biológicos ", disse Gianani." Embora tenha sido difícil trocar ideias no início, a equipe acabou crescendo junta e desenvolveu uma linguagem compartilhada que ajudou o andamento do trabalho sem problemas. Esta colaboração não teria sido possível sem a supervisão do Prof. M. Barbieri, investigador principal do Quantum Optics Group. "

Rastreamento de atividade enzimática

Os pesquisadores usaram sua nova técnica para rastrear mudanças na quiralidade de uma solução de sacarose devido à atividade de uma enzima conhecida como invertase. Rastrear a quiralidade - a capacidade de uma determinada molécula de girar a polarização da luz - fornece informações que podem ser usadas para determinar quantas moléculas de sacarose foram processadas pelas enzimas. Os experimentos mostraram que a luz quântica pode ser usada para sondar atividades enzimáticas em tempo real sem perturbar a amostra.

"Este trabalho é apenas um exemplo do que os sensores quânticos podem fazer, "disse Gianani." Os sensores quânticos podem ser usados ​​para otimizar o uso da luz em inúmeras aplicações, incluindo imagens biológicas, detecção de campo magnético e até detecção de ondas gravitacionais. "

Os pesquisadores dizem que há alguns aspectos tecnológicos a serem abordados antes que sua abordagem possa se tornar um método ideal para rastrear reações enzimáticas. Por exemplo, as perdas de luz são um forte fator limitante, mas eles esperam que seu trabalho ajude a impulsionar o desenvolvimento de tecnologia que possa resolver esse problema.