PI hilft Knoten in Molekülen zu lösen
Um die Funktionsweise der DNA im Zellkern oder die im SARS-CoV2-Virus befindlichen Spike-Proteine besser zu verstehen, muss man wissen, wie diese Moleküle ‚gewickelt sind‘ und welche Kräfte benötigt werden, um bestimmte molekulare ‚Knoten‘ - auch tertiäre und quartäre Molekülstruktur genannt- wieder aufzulösen. Forschende machen dies genauso, wie man sich das intuitiv vorstellt: Sie ziehen an einem fadenförmigen Ende des Proteins und messen, welche Kraft notwendig ist, um dieses aus einer vorher bestehenden Verdrehung oder Verknotung zu lösen.
Auf der diesjährigen ‚Single Molecule Biophysics Conference‘ hat Dr. Thomas Bocher, Director Segment Marketing - Global & Segment Marketing Manager ‚Microscopy & Life Sciences‘, mit einem langjährigen PI Kunden und Top-Forscher auf diesem Gebiet, Dr. David Dulin, gesprochen. David forscht bereits seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Magnetischen Pinzetten und arbeitet derzeit als Professor an der Vrije Unversiteit Amsterdam.
Magnetische Pinzetten benötigen -ähnlich wie die Schwester-Technologie der Optischen Pinzetten- ein optisches Mikroskop als Beobachtungsgrundlage. David beschreibt den Ablauf der Messung folgendermaßen: Ein fluoreszierendes, paramagnetisches, sehr kleines Kügelchen wird am oberen Ende des Moleküls befestigt. Das untere Ende des Moleküls ist an der Glasplatte des Objektträgers befestigt. Darüber hängt ein höhenverstellbarer und drehbarer Magnet, der das Magnet-Kügelchen und damit das Molekül nach oben zieht. Die Position und Höhe des fluoreszierenden Kügelchens wird mittels einem inversen Mikroskop (von unten) beobachtet. Bei allen wichtigen Schritten dieses Experiments ist PI ein starker Partner für David, denn PI liefert den M-126.PD1 für die Vertikalbewegung und den C-150.PD für die Drehbewegung des Magneten, beide mit Mercury Controllern. Das Mikroskop-Objektive für die Beobachtung der fluoreszierenden Magnet-Kügelchen wird mit einem PIFOC P-726 mit E-753-Controller fokussiert.
Doch wie wird die Kraft gemessen, die notwendig ist, um ein spiralförmig verdrehtes Molekül gerade zu ziehen oder eine Verknotung zu lösen? Hier kommt die Physik ins Spiel. Denn man muss dazu mit Hilfe des Mikroskops und automatischer Bildverarbeitung die Brownsche Fluktuation der Magnet-Kügelchen-Bewegung studieren, die sich je nach applizierter Kraft anders darstellt. Genauer gesagt kommt das Fluktuations-Dissipations-Thereom mit Berechnungen im Fourier-Raum zum Einsatz. Als Ergebnis der Berechnung erhält man die applizierte Kraft, die erwartungsgemäß sehr klein ist und typischerweise zwischen 50fN (Femto Newton) und 60pN (Pico Newton) liegt.
Ähnlich wie die Schwester-Technik der Optischen Pinzetten - für die es bereits kommerzielle Hersteller gibt, die zum PI Kundenkreis gehören - werden die Systeme für Magnetische Pinzetten bereits häufig von Forschern dupliziert. Dies wird PI zukünftig viele weitere Aufträge bescheren.
Ansprechperson: Dr. Thomas Bocher, Director Segment Marketing - Global