Os menores jogadores do seu corpo estão escondidos no escuro. Até agora.
Um novo truque envolvendo lasers pode finalmente puxá-los para a luz. Durante anos, mesmo os nossos microscópios mais poderosos não conseguiram resolver claramente a maioria das proteínas humanas. Eles são simplesmente muito pequenos. Muito quieto.
Os físicos da UC Berkeley acabaram de mudar o jogo. Eles adaptaram um truque de imagem de quase 100 anos – contraste de fase – para uma fera moderna conhecida como microscopia crioeletrônica, ou crio-EM. Usando uma placa de fase de laser, eles mudam a fase de um feixe de elétrons. Eles não o enfraquecem. Eles afiam isso.
Por que é importante
“Espera-se que o Cryo-ET mostre como as moléculas trabalham juntas no seu contexto celular natural… Espera-se que o aumento da relação sinal-ruído… supere estas importantes limitações”, diz Holger Müller.
Holger Müller não está apenas adivinhando. Ele liderou a construção. A equipe melhorou o contraste sem eliminar a intensidade do feixe. Isso significa que pequenas moléculas como a hemoglobina realmente se destacam agora. No caos lotado de uma cela viva? Isso costumava ser impossível.
Bridget Carragher fala sem rodeios. Olhar para dentro de uma célula é como procurar uma folha específica em uma floresta densa. O Cryo-ET precisava de um grande salto em termos de clareza. Esta placa laser oferece exatamente isso.
“É como uma floresta… tentando encontrar uma folha… Theia promete nos dar isso”, diz Carragher.
Edifício “Theia”
Eles não apenas ajustaram uma máquina. Eles construíram um. Chamada de Theia, em homenagem à Titã da luz.
Financiado pela Biohub, Theia é um microscópio Thermo Fisher personalizado. É essencialmente um carro de Fórmula 1 para a ciência. Müller brinca que já é a melhor unidade crio-EM padrão do mundo, mesmo sem a magia do laser. Com isso? Melhor ainda.
Já estão trabalhando na Versão 2. Dois lasers perpendiculares. Menor potência. Menos distorção. Menos danos causados pelo calor. O objetivo é constante. Confiável. Brilhante.
Tecnologia antiga, nova reviravolta
Aqui está a ironia. A ideia central não é nada nova.
Tudo começa em 1930 com Frits Zernike, um físico holandês. Ele percebeu que a luz muda de fase à medida que passa pelas coisas, não apenas pelo brilho. Ele mudou a luz não espalhada. Clareza repentina. Não é necessária coloração. Ele ganhou um Nobel por isso.
Os cientistas tentaram copiar isso para os elétrons há décadas. Fracassado. As primeiras tentativas enfraqueceram os feixes, turvaram a resolução ou simplesmente quebraram.
Em 2010, Müller e Robert Glaeser propuseram a solução laser. Eles estavam à frente da curva. Muito à frente.
Um quarto de século de espera
Demorou quinze anos. Quinze anos de moagem, captura e concentração.
A equipe confinou um laser em uma cavidade esférica. Espelhos por toda parte. A luz reflete dez mil vezes. Ele comprime.
Setenta e cinco quilowatts. Focado em um ponto com alguns mícrons de largura.
Isso é mais poder do que uma tocha de soldagem. Mais do que lasers de nível militar. Ele cria o foco de laser contínuo mais brilhante que alguém já construiu.
Os testes foram promissores. Eles usaram aldolase, bastante fácil para a tecnologia antiga, e hemoglobina, ultrapassando os limites. A imagem da hemoglobina melhorou dramaticamente.
Partículas pequenas? Espécimes ruins? O laser oferece uma vantagem considerável nesse aspecto.
Quebrando o Limite
No momento, o crio-EM luta abaixo de 70 quilodaltons. No entanto, quase 90% das proteínas humanas enquadram-se nessa pequena categoria. Invisível para a ciência.
Com a placa de fase laser da Theia? Podemos atingir 50 quilodaltons agora. É um trabalho difícil. Mas visível.
Müller quer descer mais. Ele almeja 17 quilodaltons – o tamanho da mioglobina. Outros ajustes no foco do elétron podem dobrar novamente o ganho de contraste.
“O que antes era invisível se tornará visível”, observa Stephani Otte.
Pense nisso.
Pela primeira vez, podemos ver máquinas moleculares realmente operando. No contexto. Na vida real. Os mecanismos das doenças que antes eram fantasmas agora têm rostos.
Isso reescreverá a biologia? Provavelmente. Nós simplesmente não terminamos de procurar.
