Биологи научились наблюдать химические реакции в отдельно взятой клетке

Научная и медицинская ценность наблюдений за отдельной клеткой живого организма очевидна. Можно надеяться увидеть, как рождается клетка, как она развивается, как происходит дифференциация стволовых клеток при их созревании, как возникают патологии в клетке, как она погибает.

Лучшие из современных технологий (например, ядерный магнитный резонанс), по мнению калифорнийских исследователей, позволяют получать данные только о группе клеток или же требуют инвазивных методов, разрушающих клетку.

При использовании метода традиционной абсорбционной спектроскопии сквозь изучаемый объект пропускается свет, затем измеряется спектр поглощения (на каких длинах волн поглощается больше всего энергии). Так можно наблюдать, например, за поведением белка цитохрома c, играющего важную роль в метаболизме и гибели клетки. Спектр цитохрома с демонстрирует несколько пиков поглощения на длинах волны около 550 нанометров, при взаимодействии с другими молекулами (например, с кислородом) он изменяется. Недостаток метода в том, что он требует очень высокой концентрации изучаемых биомолекул: иначе сигнал слишком слаб.

Калифорнийские ученые научились соединять биомолекулы (например, цитохром c) с частицами золота размером 20-30 нанометров. Некоторые металлы, в частности, золото и серебро, демонстрируют явление, называемое плазмонным резонансом: электроны на их поверхности при световом воздействии начинают осциллировать на определенных частотах. Сигналы от этих колебаний уловить гораздо легче, чем слабые сигналы спектра цитохрома c. Частоты колебаний электронов на поверхности золотых наночастиц соответствуют длинам волн 530-580 нанометров, как раз совпадая с областью пиков поглощения в спектре цитохрома c.

Когда пик поглощения спектра белка перекрывается с плазмонным резонансом металла, это легко можно отследить по специфическому изменению сигнала. Для того, чтобы сигнал был достаточно отчетлив, достаточно сотен или даже десятков молекул. Исследователи повторили эксперимент с гемоглобином и серебряными наночастицами - по их словам, также успешно.