CIC nanoGUNE ikerketa-zentroko, Berlingo Unibertsitate Libreko eta Neaspec erakundeko ikertzaile-talde batek, nano-FTIR espektroskopia erabiliz, proteinen identifikazio kimikoa eta estrukturala egin dute bereizmen espazial nanometrikoan eta proteina bakarreko konplexuekiko bereizmena attogramo bat (10-18gramo) baino txikiagoa izanda.
Bizitzaren oinarrizko osagaiak dira proteinak. Proteinen kimika eta egitura funtsezkoak dira beren funtzioa betetzeko. Proteina baten egiturak mugatzen du zer propietate mekaniko eta katalitiko izango dituzten, adibidez, entzimek. Funtzio horiek ematen diete forma egiazki bizidun guztiei. Gainera, proteinen egiturak ere zeregin garrantzitsua du gaixotasun askotan. Adibidez, proteina jakin baten egitura sekundarioa bat edo beste izatea (helize-formako [alfa] edo tolestutako orriaren itxurako [beta] barne egitura izatea), oso garrantzitsua da alzheimerra, parkinsona eta beste neuroendekapenezko gaixotasun sortzen dituen mekanismo patogenoarentzat. Proteinen kimika eta egitura aztertzeko zenbait metodo garatu badira ere, erronka handia da oraindik eskala nanometrikoan egitura sekundarioari antzematea eta horren mapa egitea, edo proteina bakarreko bereizmena lortzea.
Nahiko berria den espektroskopia infragorriko teknika batek, nano-FTIR delakoak, aukera ematen du proteinen egitura sekundarioaren identifikazioa bereizmen handiarekin egiteko eskala nanometrikoan. Nano-FTIR teknika optiko bat da s-SNOM (eremu hurbileko ekorketa-mikroskopia optikoa) eta FTIR (Fourierren transformatuaren bidezko espektroskopia infragorria) teknikak uztartzen dituena. Ohikoa da tresna hori proteinen egitura sekundarioa aztertzeko erabiltzea, baina, bere horretan, ez du aukera ematen proteinen eskala nanometrikoko mapa egiteko. Nano-FTIR espektroskopian punta metaliko zorrotz bat banda zabaleko laser infragorri batekin argiztatzen da, eta atzerantz barreiatutako argia bereziki diseinatutako Fourierren transformatuaren bidezko espektroskopio batekin aztertzen da. Bada, teknika horren bidez, 30 nm baino gutxiagoko bereizmen espazialarekin ebatzi ahal izan dute ikertzaileek proteinen espektroskopia lokal infragorria.
“Punta antena moduko bat da argi infragorriarentzat, eta puntaren puntan biltzen du argia. Goierpin horretako nanofokua argi infragorri-iturri ultratxiki gisa jo daiteke. Hain txikia da, 30×30 nm-ko azalera baino ez du argitzen, eta hori da, hain zuzen, proteina-konplexu handien eskala” dio Rainer Hillenbrand proiektuaren buruak.
Nano-FTIRk proteinen eskala nanometrikoko espektroskopian duen moldaerraztasuna frogatzeko helburuz, bakarka hartutako birusen, ferritina-konplexuen, mintz purpuren eta intsulina-zuntzexken espektro infragorriak neurtu zituzten ikertzaileek. “Guztiek dituzte bariazioak egitura sekundarioan -azaldu du Iban Amenabar-ek, nanoespektroskopiako esperimentuak egin zituenak-; birusek eta ferritinak alfa-helizeko egiturez eginak daude bereziki, eta, intsulina-zuntzexkek, berriz, beta-orrien egiturez”. Simon Poly taldeko biologoak azaldu duenez, “intsulina-zuntzexken eta birusen nahaste batean, FTIR espektroskopia estandarrak ez zuen hauteman alfa-helizeko birusak zeudela. Nano-FTIR teknika erabiliz proteinen nanoegiturak banaka aztertu genituenean, argi antzeman genien birusei, alegia, alfahelizeko egiturei, beta-orrien artean”.
Aipatzeko alderdi bat da, garrantzi praktiko handikoa, nano-FTIR espektroa oso ondo uztartzen dela ohiko FTIR espektroarekin, eta bereizmen espaziala 100 aldiz baino gehiago handitzen dela ohiko espektroskopia infragorriaren aldean. “Ferritina-partikula bakarraren espektro infragorriak neurtu ahal izango genituzke. 24 proteina besterik ez dituzten konplexuak dira. Oso masa txikia dute ferritina-konplexuek, 1 attogramokoa, eta, hala ere, argi bereizi ahal izango genuke bere alfa-helize egitura” azaldu du Amenabarrek.
Banaka hartutako intsulina-zuntzexkak ere aztertu zituzten ikertzaileek. Neuroendekapenezko gaixotasunen eredu-sistema bat dira zuntzexka horiek. Ezaguna da intsulina-zuntzexken nukleoa beta-orriko egitura duela, baina oraindik ez dago erabat argi zein den haien egitura osoa. “Banaka aztertutako zuntzexken nano-FTIR espektroari esker, beta-orri egitura ez ezik, alfa-helize egitura ere hauteman genuen; garrantzitsua izan daiteke hori zuntzexkak elkartzeko orduan” gaineratu du Alexander Bittner-ek, nanoGUNEko Automihiztadura Taldeko buruak.
“Zirraragarriak dira nano-FTIRk eskaintzen dituen aukera berriak. Punta zorrotzagoekin eta antenen funtzioa hobetuta, espero dugu etorkizunean proteina bakarren espektro infragorria lortzea. Erabilera asko izan ditzakeela uste dugu, hala nola egitura amiloideen konformazio aldaketak maila molekularrean aztertzea, nanoeskalako proteina-aldaketen mapa egitea ehun biomedikoetan, edo mintz-proteinen label-free mapa egitea. Nanobioespektroskopia infragorriaren alor berri batera eraman gintzake horrek” dio, bukatzeko, Rainer Hillenbrand nanoGUNEko Nanooptika Taldeko buruak.
Jatorrizko argitalpen zientifikoa: Amenabar I., Poly S., Nuansing W., Hubrich E.H., Govyadinov A.A., Huth F., Krutokhvostov R., Zhang L., Knez M. & Heberle J. & (2013). Structural analysis and mapping of individual protein complexes by infrared nanospectroscopy, Nature Communications, 4 DOI: 10.1038/ncomms3890
Iturria: CIC Nanogune Highlights