Le proteine ​​motorie generano le forze per i processi meccanici essenziali nel nostro corpo. Su una scala di nanometri, un milionesimo di millimetro, proteine ​​motorie, Per esempio, alimenta i nostri muscoli o trasporta materiale all'interno delle nostre cellule. Tali movimenti, invisibile ad occhio nudo, può essere reso visibile da Erik Schäffer:il professore di Nanoscienze Cellulari all'Università di Tubinga sviluppa speciali microscopi a forza, le cosiddette pinzette ottiche, per misurare il funzionamento meccanico di queste macchine molecolari. Il suo team presso il Center for Plant Molecular Biology ha ora migliorato la tecnologia. sonde speciali, nanosfere di germanio, consentono una maggiore risoluzione degli spostamenti e delle forze che i motori generano. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Scienza .

Con una dimensione di soli 60 nanometri, le proteine ​​motorie studiate sono veramente minuscole, ma essenziale per i processi cellulari. Tra l'altro, aiutano a separare meccanicamente i cromosomi durante la divisione cellulare, oppure trasportano piccoli "pacchi, "cosiddette vescicole, all'interno delle cellule. motori disfunzionali, per esempio nelle cellule nervose, può portare a malattie neurologiche come l'Alzheimer.

Per svelare come funzionano le proteine ​​motorie, il biofisico Erik Schäffer ha sviluppato pinzette ottiche ultraprecise. Si basano su principi già scoperti dall'astronomo Johannes Kepler nel 1609. Per la loro invenzione, il fisico Arthur Ashkin ha ricevuto il Premio Nobel nel 2018. Le pinzette ottiche sfruttano la pressione di radiazione della luce laser per trattenere minuscole particelle senza contatto. Utilizzando questo strumento, Schäffer ha potuto dimostrare alcuni anni fa che la chinesina proteica motoria ruota mentre si cammina:con due "piedi, "Ci vogliono otto nanometri di passi grandi ogni volta che fanno un mezzo giro, quasi come se si stesse suonando un valzer viennese.

Il dottorato di Schäffer lo studente Swathi Sudhakar ha ora perfezionato ulteriormente la tecnologia delle pinzette ottiche. Utilizzando nanosfere di germanio, sonde molto più piccole e ad alta risoluzione, si può ancora contrastare l'inimmaginabilmente piccolo, forze di cinque piconewton dei motori biologici. Ciò significa che i ricercatori possono ora misurare anche i movimenti più piccoli e veloci che erano finora nascosti nella tempesta del movimento termico a scatti inerente alle piccole particelle.

Con la nuova tecnologia, i ricercatori potrebbero tracciare la chinesina in tempo reale, e Sudhakar individuò un altro passo intermedio nella sua locomozione, rendendo il valzer quasi perfetto. "Se questo passaggio intermedio esiste è stato discusso tra gli scienziati per 20 anni, " Dice Schäffer. "Siamo stati in grado di misurare questo direttamente per la prima volta utilizzando una pinzetta ottica." Inoltre, le nanosfere hanno rivelato un meccanismo di scorrimento del motore precedentemente sconosciuto. "È una specie di leash di sicurezza che tiene il motore in carreggiata se il carico è troppo alto, " dice Schäffer. Questo meccanismo spiega l'elevata efficienza del trasporto delle vescicole nelle cellule, Aggiunge. "Se sappiamo in dettaglio come funzionano i motori kinesin, possiamo anche comprendere meglio i processi cellulari vitali che i motori alimentano, così come malfunzionamenti che possono portare a malattie."

Schäffer paragona la nuova tecnologia al "dare un'occhiata sotto il cofano" delle macchine molecolari. Dice che ora, i ricercatori possono non solo osservare con precisione i movimenti individuali delle macchine molecolari; possono anche capire meglio, Per esempio, come le proteine ​​si ripiegano nella loro struttura corretta. "Come semiconduttori, le nanosfere hanno ulteriori proprietà ottiche ed elettriche eccitanti. Perciò, potrebbero essere utili in altre aree della nanoscienza e della scienza dei materiali, Per esempio, per migliori batterie agli ioni di litio, " dice Schäffer.