Raske aga võimalik: Röntgen salvestas 3D pildi viirusest


Raske aga võimalik: Röntgen salvestas 3D pildi viirusest
Röntgendifraktsiooni eksperimentidest leitud mimiviiruse struktuur.fyysika.ee

Bioloogid tahavad teada, milline on nende uuritavate bioloogiliste objektide struktuur. Üks hea füüsikute poolt pakutav meetod on röntgenkristallograafia – kui valgustada röntgenkiirgusega suuri, korrapäraseid kristalle, siis tekivad difraktsioonipildid, mille põhjal on võimalik objekti struktuur kindlaks teha.

Vahendab fyysika.ee

Selliselt on teada saadud kümnete tuhandete proteiinide, nukleiinhapete jm bioloogiliste molekulide struktuur. Aga see meetod ei tööta, kui uuritavad molekulid ei lase endast kristalli moodustada. Nüüd on Janos Hajdu juhitud meeskond Uppsala ülikoolis (Rootsi) esmakordselt suutnud kindlaks teha üksiku bioloogilise objekti struktuuri, uurides sellelt hajunud (difrageerunud) röntgenimpulsse.

Röntgenkiirgus on elektromagnetlaine, ainuke erinevus nähtavast valgusest on selle lainepikkus (λ = 10-8… 10-11 m). Väike lainepikkus on vajalik sellepärast, et uuritavad objektid – molekulid – on väikesed, ei ole võimalik uurida mikromeetrise lainega nanomeetriseid objekte. Aga protsessist endast – elektromagnetlainete difraktsioon perioodilistelt objektidelt (nagu kristallid) ja üksikutelt objektidelt (nagu suvaline mask) saab aimu ka laserivalgusega katsetades.

See kogemus ütleb meile muuhulgas, et huvitavate (ja informatiivsete) difraktsioonipiltide saamiseks peame me kasutama koherentse valguse allikat, st laserit. Ja ka seda, et üksikult, väikselt objektilt hajub väga vähe valgust, nii et kasutatav valgusallikas peab olema võimas. Selgub, et ka röntgendifraktsiooni katseteks on vaja koherentset, väga võimast röntgenallikat, st röntgenlaserit. Selgub ka, et selline röntgenlaser peaks saatma välja vaid mõned femtosekundid kestvaid välkeid (impulsse), vastasel korral hävitab tugev kiirgus uuritava objekti ning me ei suuda eksperimendist mingit mõistlikku infot kätte saada.

Seotud lood:

Võimalik vaid kahes kohas Maa peal

Selliste omadustega röntgenlasereid on täna maailmas täpselt kaks tükki, üks Ameerika Ühendriikides (Linac Coherent Light Source, Stanford Linear Accelerator Collider, Stanford), teine Jaapanis (SACLA).

Uurimisrühm salvestas pildid, mis tekivad röntgenlaseri difraktsioonil uuritud bioloogiliselt objektilt – mimiviiruselt (ingl mimivirus). Iga pilt vastab ühele mimiviiruse orientatsioonile, kusjuures täpne orientatsioon ei ole teada. Kokku saadi selliseid pilte 198. Kasutades kavalaid arvutialgoritme suudeti sellistest piltidest teada saada uuritava objekti ruumiline struktuur.

Tulemuse ruumiline lahutus, 125 nanomeetrit, ei ole teab mis kõrgest klassist. Aga tulemuse väärtus on muus – see on üleüldse esimene kord, kus difraktsioonipiltidest on suudetud üksikute objektide ruumiline struktuur kätte saada.

Allikas: http://physics.aps.org/articles/v8/19