Le proteine e le molecole si assemblano e disassemblano naturalmente come parte di molti processi biologici essenziali. È molto difficile osservare questi meccanismi, che sono spesso complesse e si svolgono su scala nanometrica, molto più piccolo del normale intervallo visibile. All'EPFL, però, un team interdisciplinare di ricercatori ha inventato e applicato una tecnica che consente di esaminare questi meccanismi con una precisione senza precedenti. Il loro lavoro è oggetto di un articolo pubblicato su Nanotecnologia della natura .
Le strutture nanometriche possono essere viste solo con microscopi speciali, come i microscopi a forza atomica, inventati a metà degli anni '80. Questi strumenti creano un'immagine "sentendo" fisicamente la topografia del campione con una punta atomicamente affilata all'estremità di un minuscolo cantilever. Il campione viene quindi scansionato punto per punto per creare un'immagine. Poiché questo richiede tempo, solo i campioni statici possono essere ripresi con i microscopi a forza atomica convenzionali. Però, questo è inutile quando gli scienziati vogliono esaminare campioni minuscoli che cambiano nel tempo, come gli assemblaggi proteici.
"Il cambiamento è essenziale per la materia vivente ed è quindi cruciale per i processi biologici, " spiega il prof. Georg Fantner, che guida il Laboratorio di Bio- e Nano-Strumentazione (LBNI) dell'EPFL. "Quindi era essenziale trovare un modo per osservarlo".
Per osservare i processi su un campione che cambia nel tempo, la velocità di scansione deve essere aumentata. Però, nei tradizionali microscopi atomici veloci, le forze esercitate dalla misurazione possono interferire con il processo di assemblaggio molecolare, soprattutto perché gli assemblaggi proteici sono spesso molto fragili. I ricercatori dell'EPFL hanno trovato un metodo che ha risolto il problema, controllando l'interazione fisica della punta affilata in modo molto preciso utilizzando la luce laser pulsata. Ciò ha aumentato notevolmente la velocità di scansione preservando il movimento di scansione delicato ma estremamente preciso.
2, 000 linee al secondo
"Abbiamo ottenuto questo risultato utilizzando due laser nel microscopio, uno dei quali è appuntito alla base del cantilever, riscaldandolo localmente e quindi piegandolo leggermente, "dice Adrian Nievergelt, un dottorato di ricerca studente presso LBNI e co-primo autore dell'articolo. "Flettendo il cantilever, possiamo sondare la superficie molto più velocemente, pur mantenendo un controllo preciso del movimento generale. Inoltre, abbiamo migliorato le prestazioni complessive del sistema, permettendoci di scansionare fino a 2, 000 righe al secondo."
I ricercatori hanno testato questa nuova tecnologia per analizzare la dinamica della formazione dell'anello proteico SAS-6. Questa famiglia di proteine svolge un ruolo chiave nell'assemblaggio dei centrioli, che sono minuscoli organelli conservati dalle alghe agli uomini, fondamentale per la motilità e la divisione cellulare. Il nuovo strumento ha permesso ai ricercatori per la prima volta di visualizzare le varie fasi dell'assemblaggio dell'anello delle proteine SAS-6 in tempo reale "Questo è un punto di svolta critico per il campo", afferma il prof. Pierre Gönczy, un esperto in biologia dei centrioli e coautore dello studio. "Ora abbiamo finalmente un metodo per osservare direttamente come questo componente cellulare critico viene assemblato in un anello come il polimero", aggiunge Niccolò Banterle, un borsista post-dottorato nel laboratorio Gönczy e co-primo autore dello studio. "Questo ci permette di capire meglio come la natura controlla l'assemblaggio di alcuni dei più piccoli elementi costitutivi della vita".
