Cientistas conseguem um avanço no alinhamento de laser para imagiologia macromolecular de partículas individuais
Visualização de estruturas moleculares com um pormenor sem precedentes
A imagem difractiva de uma única partícula (SPI) utilizando lasers de electrões livres de raios X permite aos investigadores reconstruir a estrutura de nanopartículas e biomoléculas. No entanto, esta técnica exige frequentemente a obtenção de imagens de vários milhares de milhões de nanopartículas para produzir a imagem e impõe limitações à sua clareza e nitidez. Os investigadores do Centro de Ciência de Laser de Electrões Livres do DESY, juntamente com colegas internacionais, demonstraram recentemente que o alinhamento induzido por laser pode efetivamente ser conseguido para melhorar significativamente as técnicas de imagiologia molecular. Este confinamento geométrico das moléculas na experiência de imagiologia de raios X facilitará grandemente a recuperação da orientação molecular e, por conseguinte, a recuperação da estrutura. Ultrapassa assim um desafio significativo na imagiologia difractiva de partículas únicas. Este novo desenvolvimento abre ainda mais o caminho para a resolução das estruturas tridimensionais de proteínas e outras macromoléculas utilizando SPI.
Um laser ótico pode ser utilizado para alinhar biomoléculas complexas para obter imagens de uma só molécula.
DESY-CFEL–CMI, Muhamed Amin
O alinhamento induzido por laser utiliza a interação entre a polarizabilidade anisotrópica da molécula e o campo elétrico de um impulso de laser. O impulso de laser induz um momento de dipolo elétrico transitório na molécula, que depois segue o campo elétrico do impulso de laser. Isto força as moléculas a rodar para uma orientação em que a interação de polarizabilidade é optimizada, ou seja, para alinhar o eixo mais polarizável da molécula com a polarização do laser, resultando no alinhamento geométrico das moléculas e fixando-as assim no espaço.
No presente trabalho, os investigadores demonstraram computacionalmente que as nanopartículas e as proteínas podem ser fortemente alinhadas utilizando as actuais tecnologias laser padrão. Analisando 150 000 proteínas do banco de dados internacional de proteínas (PDB), mostraram que a maioria das proteínas podia ser alinhada utilizando condições experimentais realistas. Isto aumenta a sua visibilidade em experiências de difração de uma só partícula. A equipa publicou os seus resultados no Journal of the American Chemical Society.
Os resultados abordam uma questão de longa data na imagiologia de partículas únicas, em que as moléculas são normalmente capturadas em orientações aleatórias, dificultando a reconstrução 3D. Os investigadores prevêem também que o arrefecimento das moléculas a temperaturas criogénicas, uma técnica que o grupo está a implementar ativamente, aumenta o grau de alinhamento e reduz também os potenciais danos causados pela radiação, aperfeiçoando ainda mais a técnica.
Esta descoberta tem implicações significativas para a biologia estrutural e a nanotecnologia, permitindo aos cientistas visualizar estruturas moleculares com um pormenor sem precedentes, e pode potencialmente revolucionar a descoberta de medicamentos, a investigação biomolecular e a ciência dos materiais. As experiências futuras centrar-se-ão na integração destas técnicas laser com a imagiologia XFEL para obter uma resolução sub-nanométrica, aproximando os investigadores da visualização em tempo real da dinâmica molecular.
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