เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ที่สว่างและเร็วจนทำให้เลนส์ซูมของปาปารัสซี่ต้องอับอาย ทำให้นักวิจัยสามารถถ่ายภาพโมเลกุลของคนดังได้ ซึ่งโดยปกติแล้วจะหลีกเลี่ยงสายตาที่แอบมองของนักวิทยาศาสตร์ วิธีการนี้ควรพิสูจน์ว่ามีประโยชน์อย่างกว้างขวางในการตรวจสอบโครงสร้างและกิจกรรมของยา โมเลกุลของเชื้อเพลิง และวัสดุอื่นๆนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคนิคใหม่นี้ ซึ่งใช้เวลา 10 ปีในการสร้าง เพื่อสร้างภาพโปรตีนสังเคราะห์แสงที่สำคัญและไวรัส และในที่สุดวิธีการนี้ควรอนุญาตให้นักวิจัยสร้างภาพยนตร์ของโมเลกุลที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ในฐานะโครงสร้างพื้นฐานของโลกเซลล์ โปรตีนเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ การได้เห็นพวกเขาลงมือปฏิบัติจริงอาจทำให้กระจ่างเกี่ยวกับกระบวนการต่างๆ ตั้งแต่กิจกรรมของเซลล์สมองไปจนถึงการสังเคราะห์ด้วยแสง
นักฟิสิกส์ Henry Chapman จาก Center for Free-Electron Laser Science
ในฮัมบูร์กกล่าวว่า “สิ่งนี้จะน่าสนใจอย่างยิ่งในระบบทางชีววิทยาทั้งหมด แชปแมนเป็นสมาชิกของทีมนานาชาติทั้งสองทีมซึ่งรายงานความสำเร็จของเทคนิคนี้ในวันที่ 2 กุมภาพันธ์ในเอกสารNature แยกต่างหาก “ท้ายที่สุด เหตุผลที่เราต้องการได้ภาพโปรตีน 3 มิติที่มีความละเอียดสูงก็คือการหาวิธีการทำงานและสิ่งที่พวกเขาทำ”
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้รังสีเอกซ์เพื่อสร้างภาพโปรตีนแล้ว โดยการรวบรวมรูปแบบการเลี้ยวเบนที่เกิดขึ้นเมื่อเอ็กซ์เรย์ชนกับโมเลกุล นักวิจัยสามารถประกอบโครงสร้างสามมิติของมันเข้าด้วยกัน แต่เทคนิคปัจจุบันต้องการโมเลกุลที่แข็งแรงและบริสุทธิ์ซึ่งต้องแยกออกอย่างลำบากและตกผลึกก่อนจึงจะสามารถดูได้ วิธีการอื่นๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ต้องใช้การเตรียมการที่กว้างขวาง เช่น การแช่แข็งตัวอย่าง จากนั้นนักวิจัยสามารถดูเฉพาะชิ้น
แต่เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ที่ใช้ในงานชิ้นใหม่นี้สว่างกว่าและเร็วกว่ารุ่นก่อนมาก
ซึ่งนักวิจัยไม่จำเป็นต้องสร้างโมเลกุลที่น่าสนใจให้กลายเป็นคริสตัลขนาดใหญ่และทนทาน ในที่สุด นักวิจัยหวังว่า เทคนิคนี้อาจเผยให้เห็นโมเลกุลที่มีปฏิสัมพันธ์ในถิ่นที่อยู่ของพวกมัน
“ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดคือโปรตีนที่จับกับเยื่อหุ้ม ซึ่งยากมากที่จะให้รายละเอียด” นักชีวฟิสิกส์ Sebastian Doniach จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยกล่าว “แต่สิ่งเหล่านี้เป็นโปรตีนที่สำคัญมากสำหรับการทำความเข้าใจว่าสิ่งต่าง ๆ เข้าสู่เซลล์อย่างไร เซลล์เช่นสัญญาณประสาทอย่างไร ยาโต้ตอบกับเซลล์เป้าหมายอย่างไร”
วิธีการใหม่นี้ใช้แหล่งกำเนิดแสง Linac Coherent ซึ่งเปิดตัวในปี 2552 ที่ห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ในเมืองเมนโลพาร์ค รัฐแคลิฟอร์เนีย เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระนี้สร้างคลื่นของสิ่งที่เรียกว่ารังสีเอกซ์แบบแข็งซึ่งสว่างกว่าพันล้านเท่า รังสีเอกซ์ซิงโครตรอนที่ใช้ในผลึกโปรตีนแบบดั้งเดิม ความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์ใกล้เคียงกับความกว้างของอะตอม ทำให้มีความละเอียดในระดับอะตอม และชีพจรของเลเซอร์นั้นสั้นมากจนสามารถจับภาพด้วย “ความเร็วชัตเตอร์” ในระดับ femtosecond ได้เร็วกว่าหนึ่งในล้านล้านของวินาที
โดยการป้อนกระแสโมเลกุลอย่างต่อเนื่องหรือตัวอย่างด้วยกล้องจุลทรรศน์อื่นๆ เข้าไปในลำแสงเอ็กซ์เรย์ นักวิทยาศาสตร์สามารถถ่ายภาพสแนปชอตหลังจากสแนปชอต โดยจับช่วงเวลาข้อมูลโครงสร้างที่มีความหมายก่อนที่แต่ละอนุภาคจะระเบิดจนลืมไป
“โมเลกุลในลำแสงไม่รู้ว่าโดนอะไร” แชปแมนกล่าว “มันหายไปในพริบตาเดียว”
การวัดชี้ให้เห็นว่าตัวอย่าง ไม่ว่าจะเป็นโปรตีนหรืออนุภาคไวรัส จะร้อนกว่าพื้นผิวของดวงอาทิตย์ รังสีเอกซ์จะฉีกอิเล็กตรอนออกจากตัวอย่าง ซึ่งจะกลายเป็นพลาสมาก่อนที่จะระเบิดด้วยเปลวไฟแห่งความรุ่งโรจน์ แต่ไม่ใช่ก่อนที่จะจับรูปแบบการเลี้ยวเบนซึ่งเผยให้เห็นว่ารังสีเอกซ์กระจัดกระจายออกจากตัวอย่างอย่างไร การรวมสแนปชอตเหล่านี้นับล้านช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างของตัวอย่างได้
ในการทดลองรอบหนึ่ง นักวิจัยใช้เครื่องฉีดน้ำแบบพิเศษเพื่อยิงกระแสของผลึกขนาดเล็กของระบบภาพถ่าย I ซึ่งเป็นโปรตีนที่สำคัญในการสังเคราะห์แสง เข้าไปในลำรังสีเอกซ์ นักวิจัยยังยิงอนุภาคไวรัสที่เป็นละอองไปยังลำแสงเอ็กซ์เรย์ และสร้างภาพสัตว์ร้ายได้สำเร็จ ทั้งโปรตีนและไวรัสเคยถูกถ่ายด้วยเทคนิคแบบเก่า ทำให้นักวิจัยสามารถยืนยันโครงสร้างผลลัพธ์ได้
ความเป็นไปได้ของ “การเลี้ยวเบนก่อนการทำลาย” ถูกนำเสนอเมื่อ 10 ปีที่แล้วใน บทความ Nature ที่ เขียนโดย Janos Hajdu จาก Uppsala University ในสวีเดน การสาธิตสิ่งที่เคยเป็นเพียงแค่การคำนวณในหน้านั้นเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น Hajdu ผู้เขียนร่วมของเอกสารใหม่ทั้งสองฉบับกล่าว
“ความฝันของฉันคือการได้เห็นเซลล์ที่มีความละเอียดเกือบเท่าอะตอมก่อนที่ฉันจะตาย” Hadju กล่าว “โปรตีนนี้พับได้อย่างไร? ตัวยับยั้งนี้กำลังทำอะไรกับยีนนี้? ทำไมช่องนี้ถึงเปิด? นั่นคือสิ่งที่ฉันต้องการรู้”
MIMI UNMASKED เทคนิค X-ray Laser แบบใหม่สร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หลายพันรูปแบบ (แสดงรูปแบบรวมกัน) ของ mimivirus ซึ่งเป็นไวรัสขนาดใหญ่ที่อาศัยอยู่ภายในอะมีบา การวิเคราะห์รูปแบบดังกล่าวสามารถเปิดเผยโครงสร้างสามมิติของไวรัสและตัวแสดงเล็กๆ อื่นๆ ในโลกโมเลกุลได้
JANOS HAJDU / UPPSALA UNIVERSITYประวัติโปรตีน ภาพรวมมากกว่า 15,000 ภาพที่รวบรวมจากการทดลอง X-ray laser diffraction (รวมกันด้านบน) ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดโครงสร้างของโปรตีนที่มีความสำคัญต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง
โทมัส ไวท์/เดซี่
คำถามหรือความคิดเห็นเกี่ยวกับบทความนี้? ส่งอีเมลถึงเราที่
แนะนำ : รีวิวเครื่องใช้ไฟฟ้า | รีวิวอาหารญี่ปุ่น| รีวิวที่เที่ยว | ดาราเอวี
