Pemain terkecil di tubuh Anda bersembunyi di kegelapan. Sampai sekarang.
Sebuah trik baru yang melibatkan laser mungkin pada akhirnya akan menarik mereka ke dalam cahaya. Selama bertahun-tahun, bahkan mikroskop kita yang paling canggih sekalipun tidak dapat memecahkan sebagian besar protein manusia dengan jelas. Ukurannya terlalu kecil. Terlalu sepi.
Fisikawan UC Berkeley baru saja mengubah keadaan. Mereka mengadaptasi trik pencitraan berusia hampir 100 tahun—kontras fase—untuk makhluk modern yang dikenal sebagai mikroskop krioelektron, atau cryo-EM. Dengan menggunakan pelat fase laser, mereka menggeser fase berkas elektron. Mereka tidak melemahkannya. Mereka mempertajamnya.
Mengapa Itu Penting
“Cryo-ET diharapkan dapat menunjukkan bagaimana molekul bekerja sama dalam konteks seluler alaminya… Peningkatan signal-to-noise… diharapkan dapat mengatasi keterbatasan penting ini,” kata Holger Müller.
Holger Müller tidak hanya menebak-nebak. Dia memimpin pembangunan. Tim meningkatkan kontras tanpa mematikan intensitas sinar. Ini berarti molekul kecil seperti hemoglobin kini menonjol. Dalam kekacauan yang padat di sel hidup? Dulu hal itu mustahil.
Bridget Carragher mengatakannya secara blak-blakan. Melihat ke dalam sel seperti mencari daun tertentu di hutan lebat. Cryo-ET membutuhkan lompatan besar dalam hal kejelasan. Pelat laser ini menyediakan hal itu.
“Ini seperti hutan… mencoba menemukan sehelai daun… Theia berjanji akan memberikannya kepada kita,” kata Carragher.
Membangun “Theia”
Mereka tidak hanya mengubah mesin. Mereka membangunnya. Dinamakan Theia, diambil dari nama Titaness cahaya.
Didanai oleh Biohub, Theia adalah mikroskop Thermo Fisher yang disesuaikan. Ini pada dasarnya adalah mobil Formula 1 untuk sains. Müller bercanda bahwa ini sudah menjadi unit cryo-EM standar terbaik di dunia, bahkan tanpa keajaiban laser. Dengan itu? Bahkan lebih baik.
Mereka sedang mengerjakan Versi 2. Dua laser tegak lurus. Kekuatan lebih rendah. Lebih sedikit distorsi. Lebih sedikit kerusakan akibat panas. Tujuannya tetap. Dapat diandalkan. Terang.
Teknologi Lama, Sentuhan Baru
Inilah ironinya. Ide intinya bukanlah hal baru sama sekali.
Dimulai pada tahun 1930 oleh Frits Zernike, seorang fisikawan Belanda. Dia menyadari cahaya berubah fase saat melewati benda, bukan hanya kecerahan. Dia menggeser cahaya yang tidak tersebar. Kejelasan yang tiba-tiba. Tidak diperlukan pewarnaan. Dia memenangkan Nobel untuk itu.
Para ilmuwan mencoba menyalin ini untuk elektron beberapa dekade yang lalu. Gagal. Upaya awal melemahkan sinar, mengaburkan resolusi, atau pecah.
Pada tahun 2010. Müller dan Robert Glaeser mengusulkan solusi laser. Mereka berada di depan kurva. Jauh di depan.
Tunggu Seperempat Abad
Butuh waktu lima belas tahun. Lima belas tahun menggiling, menjebak, memfokuskan.
Tim mengurung laser di rongga bola. Cermin di mana-mana. Cahaya memantulkan sepuluh ribu kali. Itu memampatkan.
Tujuh puluh lima kilowatt. Difokuskan pada suatu titik yang lebarnya beberapa mikron.
Itu lebih kuat dari obor las. Lebih dari laser tingkat militer. Ini menciptakan fokus laser kontinu paling terang yang pernah dibuat oleh siapa pun.
Tes yang dilakukan cukup menjanjikan. Mereka menggunakan aldolase, yang cukup mudah untuk teknologi lama, dan hemoglobin, yang melampaui batas. Gambaran hemoglobin meningkat secara dramatis.
Partikel kecil? Spesimen buruk? Laser memberikan keuntungan yang cukup besar di sana.
Melanggar Batas
Saat ini, cryo-EM berjuang di bawah 70 kilodalton. Namun hampir 90 persen protein manusia termasuk dalam kategori kecil tersebut. Tidak terlihat oleh sains.
Dengan pelat fase laser Theia? Kita bisa mencapai 50 kilodalton sekarang. Ini pekerjaan yang sulit. Tapi terlihat.
Müller ingin turun. Dia menargetkan 17 kilodalton—seukuran mioglobin. Perubahan lebih lanjut pada fokus elektron mungkin akan menggandakan perolehan kontras lagi.
“Apa yang tadinya tidak terlihat akan menjadi terlihat,” kata Stephani Otte.
Pikirkan tentang itu.
Untuk pertama kalinya, kita dapat melihat mesin molekuler benar-benar beroperasi. Dalam konteks. Dalam kehidupan nyata. Mekanisme penyakit yang tadinya hantu kini punya wajah.
Akankah ini menulis ulang biologi? Mungkin. Kami hanya belum selesai mencari.
