Eiwitten verschieten van kleur in fotonisch kristal
Onderzoekers van de Universiteit Twente en het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) zijn erin geslaagd fluorescerende eiwitmoleculen van kleur te laten veranderen zonder de moleculaire structuur te wijzigen. Zij doen dit door de eiwitmoleculen in zogenaamde fotonische kristallen te plaatsen: zo’n kristal verandert de kleur van het uitgezonden licht. Dit biedt nieuwe kansen om de invloed van licht op biologische systemen te onderzoeken. De gekleurde eiwitmoleculen haalden de cover van het aprilnummer van het vaktijdschrift ‘Small’.
Eiwitmoleculen die zichtbaar licht uitzenden, fluorescente eiwitten, zijn cruciaal in het bestuderen van de processen die zich in een cel afspelen. Om de kleur van het licht te ‘tunen’ is het mogelijk om de moleculaire structuur aan te passen. Zou je dit echter kunnen doen zonder in te grijpen in het eiwitmolecuul, dan ontstaat een krachtig nieuw gereedschap voor het veranderen van de interactie tussen licht en biomaterie.
De onderzoekers bereiken een kleurverandering met fotonische kristallen: sterk geordende luchtholten in een frame van het mineraal titaandioxide. De luchtbollen hebben afmetingen vergelijkbaar met de golflengte van het licht. Door de strakke ordening treedt sterke interferentie op: hierdoor ontstaat een ‘verboden gebied’ waarin licht binnenin het kristal geen kans krijgt om uitgezonden te worden. Een lichtbron die in het kristal wordt geplaatst, zal zijn licht bij een andere kleur, of in een andere richting moeten uitzenden.
Voor het eerst is nu een natuurlijke lichtbron in de vorm van een eiwit in zo’n kristal geplaatst en is de structuur van het kristal systematisch gevarieerd om kleurveranderingen waar te nemen. Rondom het ‘verboden gebied’, de zogenaamde stopbanden worden sommige kleuren versterkt en andere onderdrukt. De fotonische kristallen zijn daarmee een waardevol nieuw gereedschap gebleken om biomaterie te bestuderen: het is een voorbeeld van ‘biophotonic engineering’.
Het onderzoek is uitgevoerd door de groepen Biophysical Engineering van prof.dr. Vinod Subramaniam en Complex Photonic Systems van prof.dr. Willem Vos. Beide groepen zijn onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. Vos leidt tevens een onderzoeksgroep in het FOM-Instituut AMOLF.
Het artikel ‘Color Control of Natural Fluorescent Proteins by Photonic Crystals’, door Christian Blum, Allard Mosk, Ivan Nikolaev, Vinod Subramaniam en Willem Vos staat op de cover van het aprilnummer van ‘Small’, een uitgave van Wiley.
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, telefoon (053) 489 42 44.