Ricercatori del dipartimento di dinamica risolta atomicamente dell'MPSD presso il Center for Free-Electron Laser Science, il Center for Ultrafast Imaging (tutto ad Amburgo), l'Università di Toronto in Canada e l'ETH di Zurigo, Svizzera, hanno sviluppato un nuovo metodo per osservare le biomolecole al lavoro.

Questo metodo non solo semplifica l'esperimento, ma lo accelera così tanto che ora è possibile registrare molte istantanee in una singola sessione sperimentale. Questi possono quindi essere assemblati in una sequenza time-lapse che mostra i fondamenti molecolari della biologia.

Tutta la vita è dinamica, e così sono i suoi mattoni molecolari. I moti e le modifiche strutturali delle biomolecole sono fondamentali per la loro funzione. Però, comprendere questi movimenti dinamici a livello molecolare è una sfida formidabile. Un metodo per comprenderli è la cristallografia a raggi X risolta nel tempo, dove viene innescata la reazione di una molecola biologica e quindi vengono scattate istantanee mentre reagisce. Però, questi esperimenti richiedono molto tempo.

Il nuovo metodo hit-and-return è adattato allo studio di scale temporali di reazione biologicamente rilevanti, che sono dell'ordine da millisecondi a secondi o addirittura minuti. Queste scale temporali sono di particolare interesse per i biologi e i ricercatori farmaceutici, poiché spesso rivelano i cambiamenti strutturali relativi a una particolare funzione biologica o al turnover di un farmaco. La combinazione dei fasci di raggi X microfocalizzati ad alta intensità disponibili sulla linea di luce P14 del Laboratorio europeo di biologia molecolare (EMBL) e sulla linea di luce P11 del DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) con il metodo hit-and-return ha permesso al team di interrogare un importante enzima per la decomposizione degli inquinanti di origine antropica in azione, sulla scala temporale del millisecondo.

La chiave del loro successo è stata che il metodo hit-and-return rende l'intero esperimento molto più veloce rispetto agli approcci precedenti. Mentre in precedenza era possibile ottenere una singola istantanea strutturale solo dopo diverse ore di raccolta dei dati, il nuovo metodo hit-and-return fornisce circa un punto temporale all'ora, indipendentemente dal tempo di ritardo. Il metodo funziona così bene che ora è possibile raccogliere molte istantanee consecutivamente, permettendo ai ricercatori di registrare una sequenza time-lapse dei cambiamenti strutturali durante la reazione completa di una biomolecola all'interno di un singolo esperimento di 24 ore.

Questo nuovo metodo ha un grande potenziale per le sorgenti di radiazione di sincrotrone ad alta brillantezza esistenti e future. Perché richiede molto meno tempo, consentirà a molti più ricercatori di condurre studi di cristallografia risolti nel tempo. Insieme all'EMBL e all'Università di Amburgo, con il supporto del Dipartimento tedesco per l'istruzione e la ricerca (BMBF), il metodo hit-and-return è già stato implementato come ambiente campione standard per la nuova stazione terminale di cristallografia macromolecolare risolta nel tempo sulla linea di luce EMBL P14 al sincrotrone PETRA III a DESY.

Il team prevede che molte più importanti intuizioni sui processi biochimici arriveranno applicando tali tecnologie all'avanguardia. Una più profonda comprensione di questi processi sarà, a sua volta, contribuire a rispondere ad alcune delle domande più urgenti sulla nostra salute e sull'ambiente.