Πριν από μερικά χρόνια δεν θα το πίστευε κανείς, κι όμως σήμερα υπάρχει πλέον ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με ανάλυση που πλησιάζει τις ατομικές διαστάσεις. Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη φαρμακοβιομηχανία, αφού μπορεί να αποκαλύπτει τις αλληλεπιδράσεις φαρμάκων με τους βιολογικούς στόχους τους.
Το εντυπωσιακό επίτευγμα, το οποίο παρουσιάζεται στο Science, «φέρνει μια νέα εποχή στην απεικόνιση ανθρώπινων πρωτεϊνών, με τεράστια οφέλη για το σχεδιασμό φαρμάκων» σχολίασε ο Φράνσις Κόλινς, διευθυντής των αμερικανικών Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH).
«Ζουμ» στις πρωτεΐνες
Οι εικόνες που παρουσίασαν οι ερευνητές του αμερικανικού Εθνικού Ινστιτούτου Καρκίνου, το οποίο υπάγεται στα NIH, είναι συγκρίσιμες με αυτές που δίνουν οι καλύτερες εξειδικευμένες τεχνικές για τον προσδιορισμό της δομής πρωτεϊνών, η κρυσταλλογραφία και ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός.
Τα οπτικά μικροσκόπια είναι σχεδόν άχρηστα στη μελέτη μορίων, αφού δεν μπορούν να διακρίνουν αντικείμενα με μέγεθος μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός.
Στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια, το φως αντικαθίσταται από δέσμες ηλεκτρονίων, τα οποία σκεδάζονται (εκτρέπονται) από το δείγμα και αποκαλύπτουν την εικόνα του.
Η νέα μελέτη αφορά μια παραλλαγή που ονομάζεται κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία και εξετάζει δείγματα που έχουν καταψυχθεί απότομα σε υγρό άζωτο.
Το μικροσκόπιο εξετάζει ταυτόχρονα χιλιάδες αντίγραφα της υπό εξέταση πρωτεΐνης. Οι εικόνες που προκύπτουν συνδυάζονται και αναλύονται από ειδικό λογισμικό για να δώσουν τελικά την τρισδιάστατη δομή ενός μεμονωμένου μορίου της πρωτεΐνης.
Οριο τα 0,22 νανόμετρα
Οι εικόνες της μελέτης έχουν διακριτικό όριο 0,22 νανόμετρα (αυτό είναι το ελάχιστο μέγεθος που πρέπει να έχει ένα αντικείμενο για να ξεχωρίζει στην εικόνα), το οποίο δεν επαρκεί για να διακρίνει κανείς μεμονωμένα άτομα, αποκαλύπτει όμως τις «ουρές» αμινοξέων και μόρια νερού που συνδέονται στην πρωτεΐνη.
Η μελέτη εστιάστηκε σε μια βακτηριακή πρωτεΐνη που ονομάζεται β-γαλακτοσιδάση. Όπως πολλές άλλες πρωτεΐνες, το μόριο αυτό λειτουργεί ως καταλύτης για την επιτάχυνση βιολογικών αντιδράσεων.
Στις εικόνες το ένζυμο είναι συνδεδεμένο σε ένα φάρμακο που ονομάζεται PETG, όπως ένα κλειδί που μπαίνει στην κλειδαριά. Δεδομένου ότι τα φάρμακα πρέπει να συνδέονται σε συγκεκριμένες περιοχές πρωτεϊνών, όπως το PETG συνδέεται στη β-γαλακτοσιδάση, η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να δώσει σημαντική ώθηση στο σχεδιασμό νέων φαρμάκων.
Όπως επισήμαναν οι δημιουργοί του μικροσκοπίου, αυτό θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στις περιπτώσεις πρωτεϊνών που δεν σχηματίζουν κρυστάλλους, και επομένως δεν μπορούν να μελετηθούν με την παραδοσιακή τεχνική της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ.
Υπάρχει πάντως και μια τεχνολογία που προσφέρει ακόμα μικρότερο διακριτικό όριο από το νέο κρυο-ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Είναι τα λεγόμενα μικροσκόπια ατομικής δύναμης, τα οποία όμως έχουν πολύ εξειδικευμένες εφαρμογές και σπάνια χρησιμοποιούνται σε βιοϊατρικές μελέτες.
