Verdens første frielektronlaser kan fotografere virus

Meget korte og intensive røntgenstråler fra verdens første frielektronlaser gør det muligt at fotografere virus og bakterier på absolut nærmeste hold. Forskerne forventer, at nærbillederne vil bane vej for ny medicin.

Det er lykkedes et forskerhold at tage et billede af en intakt virus og en membranstruktur fra en fotosyntetiserende bakterie ved hjælp af ekstremt intensive og ultrakorte røntgenimpulser fra verdens første fri-elektronlaser.

Ifølge forskerne er det et stort fremskridt, da det muliggør studier af biologiske strukturer på molekyleniveau, som er for små til at blive studeret selv med de mest kraftige mikroskoper.

Det vil blandt andet gøre det muligt at studere vira, celler, celleorganeller og levende bakterier på et helt nyt niveau, som kan bane vej for ny medicin og meget andet.

Denne aerosolet partikel-injektor skyder enkelte viruspartikler ind i røntgenstrålen. Foto: Uppsala Universitet.
Røntgenimpulsen varede kun 50-70 femtosekunder og opvarmede viruspartiklen til 100.000 grader celsius. Foto: Uppsala Universitet.
Tegning af hvordan virus skydes ind i røntgenstrålen.

»Biologer har længe drømt om at kunne tage billeder af virus, levende enkeltcellede organismer og bakterier uden at behøve at snitte, fryse eller kontrastfarve dem med metaller, som det er nødvendigt med elektronmikroskopi,« siger professor Janos Hajdu, der har styret projektet og er fra afdelingen for molekylær biofysik på Uppsala Universitet, i en pressemeddelelse.

»Vores studier viser, at det virkelig kan lade sig gøre at afbillede dem ved hjælp af ekstremt intensive og ultrakorte røntgenimpulser, som ellers ville ødelægge alt på sin vej,« siger han.

Kan studere lægemiddelreceptorer

I det første forsøg har de testet metoden på mimivirus, der er verdens største kendte virus. Den er større end visse encellede organismer, men dens størrelse og specielle yderstruktur gør, at den ikke kan studeres med konventionelle afbildningsmetoder som elektronmikroskopi eller røntgenkrystallografi.

I det andet studie viste forskerne, at røntgenimpulserne også kan anvendes til at studere strukturen hos livsvigtige membranproteiner. I det aktuelle tilfælde proteinkomplekser, som fanger sollyset og omdanner det til energi i fotosyntetiserende bakterier. Disse membranproteiner er vigtige for livsprocesserne, både som energiproducenter, transportører og som receptorer for lægemidler.

Men de er utroligt svære at studere med konventionelle metoder, så denne nye teknik indebærer, ifølge forskerne, at store 'hvide områder' inden for strukturbiologien nu for første gang bliver overkommelig at studere på atomniveau.

70 femtosekunder

Verdens første frielektronlaser i hårdrøntgenområdet 'Linac Coherent Light Source (LCLS)' befinder sig ved Stanford Linear Accelerator Centre. Den har en lysintensitet, som overgår konventionelle synkrotroner med en milliard gange og er så intensiv, at den skærer igennem stål.

En enkelt puls, som fokuseres på et mikrometer stort punkt, indeholder lige så meget energi som alt sollys, som træffer Jorden, fokuseret på en kvadratmillimeter.

Lysimpulserne er ekstremt korte (50-70 femtosekunder, 1 fs = 10^-15 sekunder), hvilket betyder, at de kan tage billedet af en mikrometer stor virus, inden den varmes op til 100.000 grader og ødelægges.

Dette nye fremskridt i strukturel biologi er blevet publiceret i tidsskriftet Nature.

Dokumentation

Se artiklen i Nature om forsøget med membranproteinerne her
Se artiklen om forsøget med mimivirus i Nature her

Kommentarer (5)

Mon ikke der menes vha. ultrakortbølgede røntgenstråler.....- derfor høj opløsning..
- men altså også kortvarige, - for ikke at ødelægge virus'en, bakterierne eller protein'erne.

  • 0
  • 0

En enkelt puls, som fokuseres på et mikrometer stort punkt, indeholder lige så meget energi som alt sollys, som træffer Jorden, fokuseret på en kvadratmillimeter.

hvordan kan et mikrometer punkt forholdes til et kvadratmilimeter punkt ?

  • 0
  • 0

"En enkelt puls, som fokuseres på et mikrometer stort punkt, indeholder lige så meget energi som alt sollys, som træffer Jorden, fokuseret på en kvadratmillimeter."

Var det muligt at øge det faktuelle niveau lidt, og få energien i f.eks. Watt? Venligst ikke angive det i hvor mange elkogekander det svarer til - eller hvor lille del af en fodboldbane der bestråles.

  • 0
  • 0

Pyt med at et areal kaldes for "et punkt". Det er mere ukorrekt at der i selve overskriften står "Verdens første frielektronlaser", når man på Wikipedia kan læse at den blev opfundet i 1976... :)

  • 0
  • 0

Mette, Michael og Jonathan:
Jonathan citerer og kommenterer (yderst fornuftigt!):
Artiklen skriver: "En enkelt puls, som fokuseres på et mikrometer stort punkt, indeholder lige så meget energi som alt sollys, som træffer Jorden, fokuseret på en kvadratmillimeter."
Og Jonathan: Var det muligt at øge det faktuelle niveau lidt, og få energien i f.eks. Watt? Venligst ikke angive det i hvor mange elkogekander det svarer til - eller hvor lille del af en fodboldbane der bestråles. Slut.
Ja, det er meget ubehjælpsomt formuleret, men faktisk står der vel ingen steder, hvor stor effekten (eller energien) faktisk er??
Dog vil jeg (for god ordens skyld) korrigere sammenligningen med Solen og jorden.
Vores Jord-klode modtager fra Solen ca. 1300 W/m2. Det giver 1,6 * 10^17 W, altså 160.000.000.000.000.000 W eller 160.000 TW (terawatt), hvoraf de 75% når ned gennem atmosfæren. - Og heldigvis udstråles mere end 99% af det igen, så der er nogenlunde ballance!
Så glem sammenligningen med Solens og Jorden!

  • 0
  • 0