Експлозивни техники за наблюдение

Състава и структурата на живите организми вълнуват човечеството от дълбока древност. Желанието ни да разберем какво точно различава живата от неживата природа се намира в основата на стремежа на поколения учени да открият градивните елементи на "живота". От времето на древните гърци, които смятат, че живите организми, също както и заобикалящата ги среда, се състоят от градивните елементи земя, въздух, вода и огън е изминало много време - днес човечеството разполага с огромни познания за молекулите, изграждащи микроорганизми, растения и животни. Все още обаче има какво да се желае - след откриването на ДНК и РНК, установяването на пространствената структура на стотици видове белтъчни молекули и молекулни комплекси, учените насочват погледа си към т. нар. малки молекули.

Трудно е да се обясни какво точно представляват малките молекули, не съществува точно определение за тяхната природа и понякога е по-лесно е да се обясни какво не са. Става дума за молекули, които не са с размерите на белтъци ( т.нар. полипептиди - вериги от стотици свързани аминокиселини), ДНК или РНК молекули, но които може да имат подобна химическа природа. Малки молекули например са т.нар. микро РНКи, пептиди (вериги от малко на брой аминокиселини), модифицирани аминокиселини, метаболити (продукти на обмяната на веществата) и т.н. Съществуват данни, че те имат важна роля за нормалното протичане на жизнените процеси, а промяната във вида или количеството им често е свързана с възникването на такива тежки болести като рак, автоимунни и неврологични заболявания. Точна информация за вида и ролята на малките молекули не е много - това се дължи на факта, че те са трудно "забележими" със стандартните методи, използувани от изследователите. Това обяснява интереса, който предизвика в научните среди разработката на група изследователи от Института Скрипс, Калифорнийския университет в Санта Барбара и Орегонския университет. В публикация в списание Нейчър авторите описват нов метод на мас-спектрометрия, който позволява изследване на големи и малки молекули в една единствена клетка, като при това се получават точни данни за пространственото разположение на изследваните структури.

Нано-технологии в микро-космоса

Техниката, разработена от американските изследователи начело с Трент Норден и Оскар Йейнс носи името нано-инициаторна мас-спектроскопия НИМС (nanostructure-initiator mass spectrometry). Новаторското в техния подход се състои в използуването на специално подложка, върху която се разполага изследвания материал. Тя е изградена от силикон, в който има микроскопични дупчици, с диаметър от около нанометър. В тези нано-дупчици се разполага инициатора - вещество, което при облъчване с лазерен лъч буквално експлоадира. Температурата отделена при тази експлозия е достатъчна да доведе клетъчните компоненти до газообразно състояние - попадналите във вакуума над подложката йонизирани молекули от клетката се засичат от детектора на мас-спектрометъра, определя се тяхната маса, а от там и техния химически състав.

Характерно за НИМС е, че, макар експлозията на нано-инициаторите да е достатъчно мощна, за да изпари клетъчните структури, тя не нанася големи поражения на изследваните молекули, което позволява точното им идентифициране и съответно откриването на нови, непознати до този момент малки молекули. Наред с това, за разлика от традиционните мас-спектроскопски методи, НИМС работи без да е необходимо пробата да се включва в състава на свързващо вещество или носител - това позволява анализирането на проби, изчистени от други вещества, което прави анализа значително по-лесен. Освен това тази техника дава възможност да се определи точно къде в клетката се е намирала дадената молекула.

Поглед към бъдещето

Изобретението на Норден и Йейнс се посреща с голямо вълнение от научната общност заради възможностите, които предлага за развитието на научните изследвания и медицината. Така например, според учените, натрупването на повече данни за участието на малките молекули в развитието на патологични процеси ще доведе до нови методи на диагностика - откриването на метаболити-маркери за възникване и развитие на дадено заболяване в проби от кръв или урина на пациента.