单分子实时的观察行为

几乎每一个生物或化学反应使生命成为可能涉及到单分子相互作用在细胞形态和周围的水解决方案。

现在,斯坦福大学化学教授和他的研究生已经开发出一种技术来观察这些过程发生在真正的时间。

教授真实再现近代化学,专业从事单分子荧光、领域,涉及研究生物分子,如DNA和细胞内酶——工作开展的过程是至关重要的。描述了近代的新进展和他的研究生,关丽珍,修改一个亚伯(Anti-Brownian电动)陷阱,一台机器在近代发明的实验室使用电场操纵单个小分子从他们发出的光,隔离一个单链的DNA,观察它如何结合其他DNA,在水溶液中。

工作详细刊登在《华尔街日报》自然方法。

如何启动这个过程需要一点运气,王说,他们必须等到恰好是一个分子附近的陷阱。这一切都发生在一个非常小的规模。陷阱覆盖大约一平方厘米,但分子只是长1纳米。(为视角,捕捉一粒花粉足球场,然后,不沾,研究其行为和特点)。

一旦一个孤独的分子进入陷阱,它的运动是连续的监控下。虽然分子不想静坐着,每一次它试图逃脱,亚伯陷阱自动适用于电场推动。

利用机器学习的物理分析和计算技巧,小王他们开发了一个算法来陷阱内的观察到单分子运动转换成信息分子的大小和电荷。这次以后,研究人员就可以确定目标分子是否与另一个分子。

在DNA中,如果它开始杂交——也就是说,如果它开始债券的互补链DNA——陷阱的读数将表明,DNA被困大小和电荷的增加。当过程逆转不一会儿——也就是说,当DNA融化,其互补链脱落——困分子的大小和电荷变化相应。

“这是非常神奇的能够捕获一个短的单链DNA,观察它对很多秒,直接观察伴侣链绑定和解放,“近代说。“这确实是一个必不可少的过程。”

研究人员开展了类似的测试使用蛋白质,王毅说,当前状态的技术可以很容易地应用到许多不同类型的分子研究其他绑定过程。

“我们所做的概念证明方法,很快我们想把它应用到两个非常具体的问题和得到一些科学,”王说,他是在电气工程研究生。

第一个涉及药物设计。绑定目标疾病的药物的细胞受体分子,和药物的有效性往往取决于和多长时间它的受体结合。被测量的大小和总电荷的分子形成一个复杂的,陷阱可以直接测量需要多长时间药物发现其受体和复杂的呆在一起多久。这些信息可以引导科学家设计更好地满足他们的目标受体的药物。

另一个应用是研究蛋白质聚集在多种疾病中所起的作用。随着人们年龄的增长,蛋白质可以成为“粘性”和积累,几种疾病的特征,包括亨廷顿氏舞蹈症。陷阱提供了一种直接的方式来研究这些蛋白质的大小分布以及它们如何聚合;理解这种效应可能导致治疗抑制它。

其他学生和博士后学者在近代的小组正在努力使陷阱的反应更加迅速,执行更多的优化在其他情况下,或研究单分子的不同属性。近代说他的跨学科的化妆品集团(包括他;他拥有电气工程学位以及在化学)是至关重要的对于理解这项工作的所有不同的方面,然后对智能的实现它。

“我们使用光探针分子的物理和化学,“近代说。“我们把它应用到生物学和生物医学系统。但是核心是精确测量,提取尽可能多的信息从一个对象,而且可以用从电气工程的概念。

斯坦福的学生“这是一件很自然的事情在另一个部门进行论文研究。斯坦福大学是精彩的一个方面,它可以导致这样的奇妙的工作。”