Neutronszórás a Biológiai Kutatások Szolgálatában

Biológiai rendszerek molekuláris mechanizmusainak megértéséhez elengedhetetlen az építőkövek mikroszkópikus szerkezetének és dinamikájának megismerése; ehhez a kísérleti módszerek széles skálája áll a kutatók rendelkezésre. Most egy, a hazai biológus közösség által talán kevésbé ismert kísérleti módszer, a neutronszórás, előnyeit szeretném röviden összefoglalni.

A neutronok elektromos töltéssel nem rendelkező részecskék, melyek ennek köszönhetően könnyedén hatolnak roncsolásmentesen a vizsgált anyag mélyére. Szóródásukat nukleáris erők határozzák meg, melynek erőssége jelentős különbségeket mutathat az anyagokat fölépítő atomok, és azok különféle izotópjai között is. Biológiai szempontból különösen fontos a neutronok szelektív szóródási erőssége hidrogénen és deutériumon. Így, bár a neutronszórás technikák nagy hasonlóságot mutatnak az elterjedtebb Röntgen-szórás módszerekkel, a vizsgált anyag más jellemzőire világíthatnak rá. Fontos azt is hangsúlyozni, hogy a neutronszórás vizsgálatok kevéssé invazívak, így a biológiai minták intakt állapotú vizsgálatát is lehetővé teszik – miközben a kísérletekhez használt neutronok hullámhossza összemérhető a tipikus atomi távolságokkal, mozgási energiájuk pedig a vizsgált rendszerekben jelenlevő tipikus termikusan gerjesztett (főként diffúziós) mozgások energiáival.


Neutronszórás vizsgálatokat tipikusan nagyobb – részecskegyorsítóra vagy kísérleti atomreaktorra épült – neutronközpontoknál végezhetjük; Magyarországon ilyen a Budapesti Neutron Centrum. Biológiai szerkezetek feltárására leggyakrabban használt technikák a kisszögű neutronszórás (SANS), a neutron-krisztallográfia és a neutron-reflektometria; a kvázielasztikus neutronszórás és a neutronspin-echo a dinamikai jellemzőkről hordoz információt.


A Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) munkacsoportjaival végzett kutatásainkban a fotoszintetikus fényenergiahasznosítást szabályozó mechanizmusok részletesebb megismerésére törekszünk. A fotoszintetikus organizmusok képesek alkalmazkodni a sokszor gyorsan változó környezeti feltételekhez – finomhangolva a fényenergiaátalakító rendszereik szerkezetét és funkcióját és/vagy bekapcsolva különböző védekező mechanizmusokat. A fényreakcióiknak helyt adó tilakoidmembránok központi szerepet töltenek be számos fotoszintetikus adaptációs és szabályozó mechanizmusban. A SANS nem-invazív természetének köszönhetően képesek vagyunk megfigyelni a membránok szerkezetváltozásait különféle környezeti stressz faktorok hatása alatt akár élő algákban vagy intakt leveleken is. Ez a technika segített megérteni a membránok szerkezeti rugalmasságának szerepét adaptációs és fotoprotektív folyamatok során. Ezen a területen ma is több élettanilag fontos stressz-fiziológiai kutatásban veszünk részt.


A kutatási irány sikerességének elengedhetetlen feltétele a számos magyar és külföldi kutatóintézettel folytatott szoros kollaboráció. Az SZBK-ban a Garab Győző, majd Petar Lambrev által vezetett Fotoszintetikus Membrán Munkacsoporttal, a Wigner Fizikai Kutatóközpontban Ünnep Renátával, a SZTE-en pedig a Fehér Attila által vezetett Növénybiológiai Tanszékkel működünk együtt. Az idei évtől kezdve Böde Kinga, a Szegedi Tudományegyetem Biológia Doktori Iskolájának hallgatója is csatlakozott kutatásunkhoz. Doktori munkájában a fotoszintetikus membránok stresszadaptációs szerkezetváltozásainak feltárásán dolgozik neutronszórási technikák segítségével – különös tekintettel egyes biotechnológiailag is fontos cianobaktériumok és algafajok jellemzőire, melyeket Ughy Bettina irányításával vizsgálnak.


A téma kapcsán fontosnak tartom még megemlíteni, hogy a Lundban (Svédország) jelenleg építés alatt áll a European Spallation Source (ESS), mely 2023 után a világ legfejlettebb neutronszórási berendezéseit fogja európai kutatók rendelkezésére bocsátani. Mivel Magyarország az ESS alapító tagországa, ezek a lehetőségek a magyar kutatóközösség számára is elérhetőek lesznek. Az ESS-ben a jövőben elérhető kivételes kutatási infrastruktúrák közül számos berendezés használható lesz a szerkezeti biológia, membrán biofizika, mezőgazdaság és a gyógyszerkutatás területén. E területek szempontjából kiemelt fontosságú lesz a jelenleg építés alatt álló NMX makromolekuláris neutronkrisztallográfiai berendezés és a LoKi kisszögű neutronszórás vizsgáló berendezés, melyek fejlesztéséhez hozzájárulunk több kollégámmal (különösen Markó Mártonnal) a Wigner Fizikai Kutatóközpontból. A neutronkrisztallográfia módszere kivételes lehetőséget biztosít fehérjék kulcsfontosságú hidrogénatomjainak pozíció-meghatározásához, és ezzel, a más módszerekkel gyakran nem elérhető információval járulhat hozzá enzimek molekuláris mechanizmusának megértéséhez. A közreműködésünkkel fejlesztett NMX berendezés ki fogja terjeszteni az ezzel a technikával vizsgálható fehérjék körét azzal, hogy a jelenleg létező műszereken vizsgálhatónál nagyobb elemi cellájú proteinkristályok mérését fogja lehetővé tenni rövidebb mérési idők mellett. Az ESS-ben megnyíló lehetőségek optimális kihasználásához ugyanakkor elengedhetetlen a magyarországi felhasználói bázis növelése és felkészülése.


A neutronszórással kapcsolatos továbbképzési, doktori vagy mérési lehetőségekről Nagy Gergelytől lehet információt kérni a nagy.gergely@wigner.mta.hu e-mail címen. Nagy Gergely szeretné felhívni a figyelmet az 1-2 évente megrendezésre kerülő Közép-Európai Neutroniskolára, mely ideális fórumot nyújt a téma iránt érdeklődő diákoknak és kutatóknak a neutronszórásban rejlő kivételes lehetőségek megismerésére.


Jelen cikk a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj és az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-19-4 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának szakmai támogatásával készült.


unkp_logo nkfi_logo


SZTEinfo

Képgaléria

07.jpg
Friss hírek RSS

Friss hírek

Rendezvénynaptár

Rendezvénynaptár *

  • május 27.
    18:00 - 19:00
    "Már az újszülöttekre is hatnak a digitális eszközök, ezért nem lehet elég korán kezdeni a nethasználattal kapcsolatos szülői tudatosságot. Persze a problémák jó részével csak akkor találkozik a szülő, ha a gyereke már kamasz lett, de azért akkor sem vagyunk teljesen eszköztelenek, ha segíteni szeretnénk. A támogatási és beavatkozási lehetőségekről, az "elég jó digitális szülőségről", kortárs online zaklatásról és iskolai netes konfliktusokról is szól majd az előadás."
    Jegyinformációk: http://jegyek.ihrendezvenykozpont.hu/event/GYURKO200317
    Az SZTE Mentor(h)áló 2.0 projekt programja

Kövess minket

Facebook YouTube Twitter Google Plus