Mokslininkai siekia pažvelgti į gyvybės procesus iš molekulinių pozicijų

Visai neseniai žurnale „New Journal of Physics“ pasirodžiusiame straipsnyje tyrėjai aprašo naują metodą, kuriuo išnaudojamas specifinis deimanto gardelės defektas tam, kad būtų aptikti išorinių pavienių molekulių sukiniai.

Nors magnetinio rezonanso atvaizdavimo metodas jau dabar leidžia aiškiai išskirti žmogaus kūno organus ir audinius, vis dėlto norint tiksliau nustatyti ligos poveikį, atvaizdavimo mastelis turi pasiekti atskirų biomolekulių lygį, be to, vaizdas turi būti gautas, kol ląstelės yra vis dar gyvos.

„Daugelio procesų, pavyzdžiui, vėžio arba senėjimo, šaknys glūdi molekuliniame pasaulyje, – pasakoja vienas iš straipsnio bendraautorių profesorius Filipas Hemeris (Phillip Hemmer) iš Teksaso A&M universiteto (JAV). – Taigi jeigu mums kaip nors pavyktų sukurti tokį įrankį, kuris leistų atlikti magnetinio rezonanso atvaizdavimo procedūrą atskiroms gyvos ląstelės biomolekulėms, tuomet mūsų rankose atsidurtų priemonė, kuri padėtų diagnozuoti ir galiausiai sukurti vaistus nuo sunkiai įveikiamų ligų“.

Tam, kad įgyvendintų ambicingą planą, profesoriaus Jorgo Rachtrupo (Joerg Wrachtrup) iš Štutgarto universiteto (Vokietija) vadovaujama tyrėjų grupė kartu su kolegomis iš Teksaso A&M universiteto panaudojo deimanto gardelės defektą, vadinamą azoto vakansija. Azoto vakansija yra deimanto gardelės mazgas, kuriame vienas anglies atomas yra pakeistas azoto atomu.

Užuot sudaręs ryšį su keturiais anglies atomais, azoto atomas suformuoja ryšį su trimis anglies atomais, todėl lieka laisvų elektronų pora, kuri elgiasi kaip vienas iš stipriausių atominio mastelio magnetų.

Viena iš svarbiausių deimanto azoto vakansijos savybių yra optinis atsakas – sužadinus ją lazeriu, ši išspinduliuoja šviesiai raudoną spinduliuotę, kuri priklauso nuo magneto orientacijos.

Tyrėjai pastebėjo, jog jeigu išorinis sukinys yra patalpinamas greta azoto vakansijos, jis priverčia magnetą orientuotis kita kryptimi, o tai keičia išspinduliuotos šviesos kiekį.

Šis šviesos pokytis gali būti panaudotas išorinės molekulės sukinio orientacijos nustatymui – kitaip tariant, vienmačiam išorinio sukinio atvaizdo sukūrimui. Jeigu tokia technologija būtų praplėsta žiniomis apie paviršiaus sandaros ypatumus arba kita netoliese esančia azoto vakansija, tuomet būtų galima gauti tikslesnį, didesnio dimensijų skaičiaus atvaizdą.

Tam, kad patikrintų šią teoriją, tyrėjai įterpė azoto atomus į deimanto bandinį. Tuomet prie deimanto paviršiaus buvo priartintos išorinės molekulės.

Kadangi sukiniai, esantys deimanto gardelės viduje, jau buvo sumodeliuoti, tam, kad patikrintų, ar sukiniai iš tikrųjų yra išoriniai, tyrėjai chemiškai nuvalė deimanto paviršių ir darkart atliko analizę, kad įrodytų, jog sukiniai buvo pašalinti.

„Šiuo metu biologinės sąveikos daugiausia yra nustatomos nagrinėjant didelius ląstelių telkinius, – tęsia pasakojimą F. Hemeris. – Tokiais atvejais matomi tiktai statistiniai vidurkiai ir sąveikos, kurios toli gražu ne visada aiškios. Labai dažnai duomenys yra gaunami nagrinėjant nebegyvą ląstelę – jos turinys yra išdėliojamas ant genų lusto, todėl visa tai panašu į atskirų filmo kadrų peržiūrą, kuomet iš tikrųjų norisi pamatyti laike kintantį filmą“.

„Akivaizdu, jog dar turime atlikti daugybę darbo, kad galų gale, jeigu tai apskritai yra įmanoma, pasiektume savo ilgalaikį tikslą – pažvelgtume į gyvybės procesus molekuliniu masteliu. Senovės išmintis byloja, jog tam, kad pradėtume bėgioti, pirmiausia turime išmokti vaikščioti, taigi šis persilaužimas reiškia vieną iš pirmųjų kritinės svarbos žingsnių“.