Eesti teadlased täiustasid tuumamagnetresonantsi

20. Mar 2009

Tahke keha tuumamagnetresonants (TMR) on uurimismeetod, mida kasutatakse agaralt juba üle poole sajandi ning mis sobib ka selliste keeruliste ainete uurimiseks, mis mängivad oma osa bioloogias ja meditsiinis. Kuid meetodi piiratud tundlikkuse tõttu vajatakse mõõtmiseks suhteliselt suuri ainekoguseid. Tavaelus on üks mikromool küll väga väike kogus, ent biomolekulide puhul sageli saavutamatu.
TMRi tundlikkust on küll kavalate nippidega pidevalt tõstetud. Sealhulgas on ka proovi ülikiire pööritamine nn maagilise nurga all magnetvälja suhtes, mille arendamisse on oma panuse andnud ka meie Keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi (KBFI) raadiospektroskoopia rühma teadlased.
ÜKS MADALA TUNDLIKKUSE PÕHJUSI on, et skaneerimiste ehk proovile peale lastavate impulsside vahel vajab aine suhteliselt pikka, kuni neljasekundilist rahuaega, et magnetiseerumisest taastuda. Nõnda moodustab eksperimendi koguajast rahuaeg ehk relaksatsiooniaeg, mil mingit mõõtmist ei toimu, kogunisti kuni 99%.
Äsja teadusajakirjas Nature Methods avaldatud artiklis, mille autorite seas on ka Jaan Past ja Ago Samoson KBFI-st, pakutakse välja uudne nõks, kuidas relaksatsiooniaega vähendada ja seda ära kasutada hoopis tugevama signaali saamiseks. Nimelt on tänu proovi ülikiirele pööritamisele kiirusega 40 000 pööret sekundis võimalik teravate spektrijoonte saamiseks kasutada ainult väga väikese võimsusega impulsse. Neid võib siis ka hoopis sagedamini proovile suunata, ilma et tekiks näiteks valkude denatureerumist kuumuse mõjul.
Illinoisi Ülikooli rühm Yoshitaka Ishii juhtimisel lühendas oluliselt valkude relaksatsiooniaega paramagnetilise lisanditega. Meie teadlaste osaks oli just nendeks mõõtmisteks sobiva tuumamagnetresonantsi aparatuuri väljamõtlemine ja valmistamine. Katsetest selgus, et nõnda võib mõõtmisaega lühendada kuni 20 korda – või siis vastavalt ka uuritavate molekulide arvu, viies vajaliku koguse mõne nanomoolini. Näiteks ei ole munavalge valku vaja rohkem kui üks sajandik kuupmillimeetrit, et selle struktuuri oleks nüüd võimalik tuvastada.
Lisandiks kasutati ühe orgaanilise molekuli EDTA ja vase ühendit, mis osutus vägagi üldiseks võimaluseks. Valgu molekulid tunnevad end kõige paremini just sellises veesärgis, millesse Cu-EDTA parasjagu vabalt ringi ujuma mahub ega avalda ei valgu struktuurile ega spektrijoontele märgatavat mõju.

TÖÖS UURITI, kas selle meetodiga saab mõõta ka mõnede haiguste tekkel väga oluliste ainete, amüloidide omadusi. Amüloidid on lahustumatud aminohappekettide klombud, mis ei ole suutnud töövõimelise valgu struktuuri hoida või saavutada. Nende kogunemine organitesse võib mängida oma osa neurodegeneratiivsete haiguste nagu Alzheimeri tõve, Parkinsoni tõve ja hullulehmatõve tekkel, kuid ka südame arütmia ja veresoonte lupjumise, 2. tüüpi diabeedi ja paljude teiste haiguste korral. Need molekulid kogunevad tavaliselt pikkadesse, mõne nanomeetrise läbimõõduga kiududesse, olles tõelised nanomaailma tegelased.
„Vaidlesime kaasautoritega päris pikalt mida vastavalt ajakirja rangetele mahupiirangutele kirja panna ja mis jääb välja, kuna töö on mitmes muuski mõttes struktuurbioloogia jaoks murranguline,” ütles Ago Samoson ja lisas, et sellest tekkis ka uusi häid mõtteid. „Aparatuuri edasiarendamisega saame hakata uurima paljusid teisi nanoobjekte nagu näiteks rakumembraanide väravaid ja semafore. Siis saaks näha selliseid struktuuriomadusi, mille jaoks muidu võimalused üldse puuduvad,” ütles ta.
Tiit Kändler

Kommenteeri

Telli Teadus.ee uudiskiri