Gli scienziati hanno aperto la strada a una nuova tecnica per esporre percorsi biochimici nascosti che coinvolgono singole molecole su scala nanometrica.

Un team di ricercatori del Living Systems Institute dell'Università di Exeter ha utilizzato la luce per stabilire un mezzo per monitorare la struttura e le proprietà delle singole molecole in tempo reale.

Questo approccio innovativo ha permesso al team di collegare temporaneamente le molecole per fornire una lente cruciale nelle loro dinamiche.

Lo studio è pubblicato sulla principale rivista Comunicazioni sulla natura .

La struttura delle singole molecole e le loro proprietà, come la chiralità, è difficile da sondare.

Nel nuovo studio, guidato dal professor Frank Vollmer, il gruppo è stato in grado di osservare reazioni su scala nanometrica che altrimenti sarebbero state inaccessibili.

Lo scambio tiolo/disolfuro, o il modo principale in cui i legami disolfuro si formano e si riorganizzano in una proteina, non è stato ancora completamente esaminato all'equilibrio a livello di singola molecola, in parte perché questo non può essere risolto otticamente in campioni sfusi.

Però, la luce può circolare attorno a sfere di vetro di dimensioni micron per formare risonanze. La luce intrappolata può quindi interagire ripetutamente con l'ambiente circostante. Attaccando nanoparticelle d'oro alla sfera, la luce è potenziata e confinata nello spazio fino alle dimensioni di virus e amminoacidi.

L'accoppiamento optoplasmonico risultante consente il rilevamento di biomolecole che si avvicinano alle nanoparticelle mentre si attaccano all'oro, staccare, e interagire in vari modi.

Nonostante la delicatezza di questa tecnica, manca la specificità. Molecole semplici come ioni atomici possono essere rilevate e determinate dinamiche possono essere individuate, tuttavia non possiamo necessariamente discriminarli.

Serge Vincent osserva:"Ci è voluto del tempo prima che potessimo restringere il campo su come campionare in modo affidabile le singole molecole. Le velocità di reazione diretta e all'indietro all'equilibrio sono controbilanciate e, in una certa misura, abbiamo cercato di sollevare il velo su queste sottili dinamiche".

I percorsi di reazione regolati dai legami disolfuro possono limitare le interazioni ai singoli siti di rilevamento dei tioli sulle nanoparticelle. L'alta fedeltà di questo approccio stabilisce un sondaggio preciso delle caratteristiche delle molecole che subiscono la reazione.

Posizionando i linker sulla superficie dorata, le interazioni con le specie tiolate sono isolate in base alla loro carica e al ciclo stesso.

I segnali dei sensori hanno schemi chiari relativi alla presenza di un agente riducente. Se è, il segnale oscilla in modo controllato, mentre se non lo è, le oscillazioni diventano stocastiche.

Per ogni reazione può essere risolto lo stato del monomero o del dimero del gruppo uscente.

Sorprendentemente, la risonanza optoplasmonica cambia in frequenza e/o cambia in larghezza di riga quando singole molecole interagiscono con essa. In molti casi questo risultato suggerisce un accoppiamento plasmone-vibrazione che potrebbe aiutare a identificare singole molecole, finalmente la caratterizzazione.

Il professor Frank Vollmer ha dichiarato:"Questo eccellente lavoro del mio studente di dottorato, Serge Vincent, apre la strada a molte future tecniche di analisi di singole molecole che abbiamo solo sognato. È un passaggio cruciale per il nostro progetto ULTRACHIRAL. ULTRACHIRAL cerca di sviluppare scoperte nel modo in cui utilizziamo la luce per analizzare le molecole chirali".