Les scientifiques ont mis au point une nouvelle technique pour exposer des voies biochimiques cachées impliquant des molécules uniques à l'échelle nanométrique.

Une équipe de chercheurs du Living Systems Institute de l'Université d'Exeter a utilisé la lumière pour établir un moyen de surveiller la structure et les propriétés de molécules individuelles en temps réel.

Cette approche innovante a permis à l'équipe de relier temporairement des molécules entre elles pour fournir une lentille cruciale dans leur dynamique.

L'étude est publiée dans la principale revue Communication Nature .

La structure des molécules individuelles et leurs propriétés, comme la chiralité, est difficile à sonder.

Dans la nouvelle étude, dirigé par le professeur Frank Vollmer, le groupe a pu observer des réactions à l'échelle nanométrique qui seraient autrement inaccessibles.

L'échange thiol/disulfure - ou la principale façon dont les liaisons disulfure sont formées et réarrangées dans une protéine - n'a pas encore été complètement examiné à l'équilibre au niveau d'une molécule unique, en partie parce que cela ne peut pas être résolu optiquement dans des échantillons en vrac.

Cependant, la lumière peut circuler autour de sphères de verre de la taille d'un micron pour former des résonances. La lumière piégée peut alors interagir à plusieurs reprises avec son environnement environnant. En attachant des nanoparticules d'or à la sphère, la lumière est renforcée et limitée dans l'espace à la taille des virus et des acides aminés.

Le couplage optoplasmonique qui en résulte permet la détection de biomolécules qui s'approchent des nanoparticules pendant qu'elles se fixent à l'or, détacher, et interagir de diverses manières.

Malgré la sensibilité de cette technique, il manque de spécificité. Des molécules aussi simples que des ions atomiques peuvent être détectées et certaines dynamiques peuvent être discernées, pourtant nous ne pouvons pas nécessairement les discriminer.

Serge Vincent remarque :« Il a fallu un certain temps avant de pouvoir déterminer comment échantillonner de manière fiable des molécules individuelles. Les vitesses de réaction aller et retour à l'équilibre sont contrebalancées et, dans une certaine mesure, nous avons cherché à lever le voile sur ces dynamiques subtiles."

Les voies de réaction régulées par des liaisons disulfure peuvent restreindre les interactions à des sites de détection de thiol uniques sur les nanoparticules. La haute fidélité de cette approche établit un sondage précis des caractéristiques des molécules subissant la réaction.

En plaçant des linkers sur la surface de l'or, les interactions avec les espèces thiolées sont isolées en fonction de leur charge et du cycle lui-même.

Les signaux des capteurs ont des modèles clairs liés à la présence ou non d'agent réducteur. Si c'est, le signal oscille de manière contrôlée, tandis que si ce n'est pas le cas, les oscillations deviennent stochastiques.

Pour chaque réaction, l'état monomère ou dimère du groupe partant peut être résolu.

Étonnamment, la résonance optoplasmonique change de fréquence et/ou change de largeur de raie lorsque des molécules uniques interagissent avec elle. Dans de nombreux cas, ce résultat suggère un couplage plasmon-vibration qui pourrait aider à identifier des molécules individuelles, enfin la caractérisation.

Le professeur Frank Vollmer a déclaré :« Cet excellent travail de mon étudiant au doctorat, Serge Vincent, ouvre la voie à de nombreuses futures techniques d'analyse de molécules uniques dont nous ne faisions que rêver. C'est une étape cruciale pour notre projet ULTRACHIRAL. ULTRACHIRAL cherche à développer des percées dans la façon dont nous utilisons la lumière pour analyser les molécules chirales."