Moleculen met hydrogel zachtaardig gevangen en bespied

Onderzoekers van het Scripps Research Institute in La Jolla en van de universiteit van van Californië in San Diego hebben een nieuwe methode ontwikkeld om individuele moleculen lange tijd achtereen te kunnen bestuderen.

Het waarnemen van moleculen is op zich niet zo moeilijk, maar het probleem is dat zij als gevolg van hun Brownse bewegingen (doordat er voortdurend andere moleculen tegen hen aan botsen) alle kanten uit schieten. Die bewegingen kunnen worden verkleind door sterke koeling, vacuüm zuigen, of het opsluiten van de moleculen in een polymeer, maar dat is moeilijk te verdragen voor moleculen van biologische systemen, zoals eiwitmoleculen.

Een belangrijk doel in de biochemie is het ontwikkelen van methoden om afzonderlijke moleculen op een meer 'zachtaardige' manier gevangen te houden. Genoemde Amerikaanse biochemici hebben daartoe gebruik gemaakt van een hydrogel: een in water vast geworden colloïdaal systeem. De colloïdale deeltjes van zo'n gel vormen een driedimensionaal netwerk, in de mazen waarvan het oplosmiddel wordt vastgehouden. In deze cellen kan men dus ook moleculen gevangen houden, waarvan de eigenschappen dan door de aanwezigheid van het oplosmiddel niet ingrijpend zullen veranderen (Science, 8 november).

De onderzoekers maakten een gel van polyacrylamide (PAA) die kleurstofmoleculen bevatte. Deze gel liet men polymeriseren tussen de twee dekglaasjes van een microscoop. De kleurstofmoleculen werden waargenomen door de fluorescentiestraling die zij uitzonden als ze door pulsen laserstraling werden aangeslagen. Sommige moleculen bleken zich binnen de meetnauwkeurigheid niet te bewegen, doordat ze blijkbaar muurvast zaten in de kleinste cellen van hun gel-gevangenis. Andere konden in hun cel over afstanden van gemiddeld een paar micron heen en weer bewegen: een factor honderd geringer dan men op grond van hun 'vrije' Brownse beweging zou verwachten.

Deze waarnemingen wijzen er volgens de onderzoekers op dat PAA-gels 'geschikt zijn voor het lange tijd achtereen waarnemen van afzonderlijke moleculen die zich in een oplossing bevinden'. Ter verdere illustratie hiervan hebben de onderzoekers ook afzonderlijke, gemerkte antilichaampjes van een geit in zo'n gel bestudeerd. In tegenstelling tot bij de kleurstofmoleculen bleken deze antilichaampjes zich niet te verplaatsen, maar uit hun fluctuerende straling zou kunnen worden afgeleid dat zij in hun cel wel voortdurend langzaam van oriëntatie veranderen.