I giocatori più piccoli del tuo corpo si sono nascosti nell’oscurità. Finora.
Un nuovo trucco che coinvolge i laser potrebbe finalmente portarli alla luce. Per anni, anche i nostri microscopi più potenti non sono riusciti a risolvere chiaramente la maggior parte delle proteine umane. Sono semplicemente troppo piccoli. Troppo tranquillo.
I fisici della UC Berkeley hanno appena cambiato le regole del gioco. Hanno adattato un trucco di imaging vecchio di quasi 100 anni, il contrasto di fase, per una bestia moderna nota come microscopia crioelettronica o crio-EM. Utilizzando una piastra di fase laser, spostano la fase di un fascio di elettroni. Non lo indeboliscono. Lo affilano.
Perché è importante
“Si prevede che Cryo-ET mostrerà come le molecole lavorano insieme nel loro contesto cellulare naturale… Si prevede che l’aumento del rapporto segnale-rumore… supererà queste importanti limitazioni”, afferma Holger Müller.
Holger Müller non si limita a tirare a indovinare. Ha guidato la costruzione. Il team ha migliorato il contrasto senza ridurre l’intensità del raggio. Ciò significa che ora si distinguono piccole molecole come l’emoglobina. Nel caos affollato di una cella vivente? Una volta era impossibile.
Bridget Carragher lo dice senza mezzi termini. Guardare dentro una cellula è come cercare una foglia specifica in una fitta foresta. Cryo-ET aveva bisogno di un enorme salto di chiarezza. Questa piastra laser fornisce esattamente questo.
“È come una foresta… che cerca di trovare una foglia… Theia promette di darcela”, dice Carragher.
Edificio “Theia”
Non hanno semplicemente modificato una macchina. Ne hanno costruito uno. Chiamato Theia, dal nome della Titanessa della luce.
Finanziato da Biohub, Theia è un microscopio Thermo Fisher personalizzato. È essenzialmente un’auto di Formula 1 per la scienza. Müller scherza dicendo che è già la migliore unità crio-EM standard al mondo, anche senza la magia del laser. Con esso? Ancora meglio.
Stanno già lavorando alla versione 2. Due laser perpendicolari. Potenza inferiore. Meno distorsione. Meno danni da calore. L’obiettivo è fermo. Affidabile. Luminoso.
Vecchia tecnologia, nuova svolta
Ecco l’ironia. L’idea centrale non è affatto nuova.
Si inizia nel 1930 con Frits Zernike, un fisico olandese. Si rese conto che la luce cambia fase mentre passa attraverso le cose, non solo la luminosità. Spostò la luce non diffusa. Chiarezza improvvisa. Non è richiesta alcuna colorazione. Ha vinto un Nobel per questo.
Gli scienziati hanno provato a copiarlo per gli elettroni decenni fa. Fallito. I primi tentativi hanno indebolito i raggi, hanno offuscato la risoluzione o semplicemente si sono rotti.
Nel 2010 Müller e Robert Glaeser hanno proposto la soluzione laser. Erano in anticipo sui tempi. Molto più avanti.
Un’attesa di un quarto di secolo
Ci sono voluti quindici anni. Quindici anni di macinazione, intrappolamento, concentrazione.
Il team ha confinato un laser in una cavità sferica. Specchi ovunque. La luce si riflette diecimila volte. Si comprime.
Settantacinque kilowatt. Concentrato su un punto largo pochi micron.
È più potenza di una torcia per saldatura. Più che laser di livello militare. Crea la messa a fuoco laser continua più brillante che chiunque abbia mai costruito.
I test erano promettenti. Hanno usato l’aldolasi, abbastanza facile per la vecchia tecnologia, e l’emoglobina, spingendo oltre i limiti. L’immagine dell’emoglobina è migliorata notevolmente.
Piccole particelle? Cattivi esemplari? In questo caso il laser offre un notevole vantaggio.
Superare il limite
In questo momento, il cryo-EM fatica al di sotto dei 70 kilodalton. Eppure quasi il 90% delle proteine umane rientra in questa minuscola categoria. Invisibile alla scienza.
Con la piastra di fase laser di Theia? Adesso possiamo raggiungere i 50 kilodalton. È un lavoro duro. Ma visibile.
Müller vuole scendere più in basso. Il suo obiettivo è raggiungere 17 kilodalton, la dimensione della mioglobina. Ulteriori modifiche alla messa a fuoco degli elettroni potrebbero raddoppiare nuovamente il guadagno di contrasto.
«Ciò che prima era invisibile diventerà visibile», osserva Stephani Otte.
Pensaci.
Per la prima volta possiamo vedere le macchine molecolari effettivamente in funzione. Nel contesto. Nella vita reale. I meccanismi patologici che prima erano fantasmi ora hanno un volto.
Questo riscriverà la biologia? Probabilmente. Non abbiamo ancora finito di cercare.
