电子摄像捕捉到蛋白质和脂质之间的运动舞蹈

在“电子摄像”的首次演示中，研究人员捕捉到了细胞膜中蛋白质和脂质之间微妙舞蹈的微观动态图像。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员和佐治亚理工学院的合作者表示，这项技术可以用于研究其他生物分子的动力学，打破了显微镜只能看到固定分子静态图像的限制

研究负责人、伊利诺伊州材料科学与工程教授钱晨说：“我们不仅仅是拍摄单一的快照，它提供了结构，而不是动力学，而是持续记录水中的分子，它们的原生状态。我们可以真正看到蛋白质是如何改变其构型的，在这种情况下，整个蛋白质-脂质自组装结构是如何随时间波动的。”

研究员在《科学进展》杂志上报道了他们的技术和发现

电子显微镜技术在分子或原子尺度上成像，产生详细的纳米尺度图片。然而，它们通常依赖于冷冻或固定到位的样本，这让科学家们不得不试图推断分子是如何移动和相互作用的；就像试图从一帧电影中绘制舞蹈序列的编排图

该研究的通讯作者、佐治亚理工大学教授Aditi Das说：“这是我们第一次在个体尺度上观察蛋白质，但没有冷冻或标记它。”。“通常，我们必须对蛋白质进行结晶或冷冻，这对捕捉柔性蛋白质的高分辨率图像提出了挑战。或者，一些技术使用我们跟踪的分子标签，而不是观察蛋白质本身。在这项研究中，我们看到的是蛋白质的本质，它在液体环境中的行为，以及脂质和蛋白质如何相互作用。”

研究人员通过将一种新型的水性透射电子显微镜方法与详细的原子级计算建模相结合，实现了视频拍摄。水性技术包括将纳米级液滴封装在石墨烯中，使其能够承受显微镜工作的真空。将由此产生的视频数据与分子模型进行比较，分子模型显示了事物应该如何根据物理定律运动，这不仅有助于研究人员解释，也有助于验证他们的实验数据

该论文的第一作者John W.Smith在伊利诺伊州读研究生时完成了这项工作，他说：“目前，这确实是随着时间的推移拍摄这种运动的唯一实验方法。”。“生命是流动的，它是运动的。我们正试图通过实验的方式了解这种联系的最细节。”

对于这项新研究&mdash；首次公开演示电子摄像技术&mdash；研究人员检查了纳米级的脂质膜圆盘，以及它们如何与通常存在于细胞膜表面或嵌入细胞膜中的蛋白质相互作用

“膜蛋白位于细胞之间以及细胞内外的界面，控制着进出的东西，”Smith说。“它们绝大多数是药物的靶点；它们参与了各种过程，如我们的肌肉如何收缩、大脑如何工作、免疫识别；它们将细胞和组织连接在一起。膜蛋白工作的所有复杂性不仅来自其自身的结构，还来自其如何体验周围的脂质。”。研究人员发现，纳米盘中有不同的区域，波动性和稳定性都比预期的要大

Smith说，虽然人们通常认为膜蛋白运动的影响仅限于直接围绕它的脂质分子，但研究人员发现，在更大的范围内，波动更大。波动呈手指状，就像粘液溅在墙上一样。然而，即使在如此剧烈的运动之后，纳米盘也会恢复到其正常配置

“我们看到了这些结构域，并看到它从这些过程中恢复，这表明蛋白质和膜之间的相互作用实际上比大多数人想象的范围更大，”Smith说

研究人员计划使用他们的电子摄像技术来研究其他类型的膜蛋白以及其他类别的分子和纳米材料

陈说：“我们可以利用这个平台研究打开和关闭的离子通道，以调节流动和细胞间的相互作用。”

钱晨还隶属于化学系、贝克曼高级科学技术研究所、卡尔伊利诺伊医学院和伊利诺伊州材料研究实验室