Elektřinu mohou vést i proteiny
Při posouvání hranic objevů jsou vědci občas překvapeni z úplně nepředvídatelného výsledku. To je i případ výzkumného týmu, který narazil na laboratorní výsledky, jež odporovaly dosavadním vědeckým zkušenostem: že bílkoviny by mohly vést elektřinu podobně jako kov.
První pozoruhodné výsledky byly získány technologií skenovací tunelovací mikroskopie (STM). V experimentu byl použit bílkovinný protein integrin, jenž napomáhá, aby se buňky držely pohromadě a shromáždily se do formy tkáně a orgánů. Z koncové špičky STM byla elektroda připojená k malé molekule, nazývané ligand, která se specificky váže na integrin. STM má pákové rameno a sondu podobně jako jehla na gramofonu, čímž přivede ligand do kontaktu s jeho integrinovým cílem. „To, co jsem viděl, byly obrovské pulzy proudu, i když sonda byla ve velké vzdálenosti," řekl Lindsay s tím, že tato mezera byla příliš velká pro to, aby elektřina mohla protékat elektronickým přeskakováním nebo tunelováním, a bylo třeba najít jiné vysvětlení.
Lindsay si připomenul práci teoretického biofyzika Gabora Vattayho z katedry fyziky komplexních systémů na budapešťské univerzitě Eötvös Loránd, který obsahoval pohled kvantové mechaniky. Ukázalo se, že rozestupy energetické úrovně v kvantovém systému signalizují, zda je systém vodičem nebo izolátorem. Mezi stavem vodivostí a izolací je specifická signatura a Gabor Vattay zjistil tento kritický bod u řady bílkovin. Výjimkou bylo pavoučí hedvábí, které je čistě strukturálním proteinem.
„Teorie naznačuje, že elektrická fluktuace může spustit bílkovinu jako vodič nebo izolátor. V našich experimentech jsme viděli toto podivné chování v obrovském proteinu, který vede elektřinu, ale nebylo to statické, nýbrž dynamická věc," konstatoval Lindsay s tím, že elektronické hroty se vyskytovaly s rostoucí frekvencí. Když vědci zvýšili napětí napříč proteiny, zjistili, že existuje prahová hodnota pro překročení. K analýze museli použít některé z evropských superpočítačů a zjistili, že existují tři křivky rozdělení energetických vzdáleností: jedna odpovídá kovovému stavu, druhá stavu izolátoru a třetí kritickému kvantovému stavu.
Tým byl nyní schopen vyrobit nanopřístroj pro jemnější řízení další série experimentů, což je výrazná změna oproti předchozím experimentům, kdy přesně nevěděli, co se děje na špičce STM.
Mění se tak i způsob, jakým vědci sledují elektrické vlastnosti bílkovin - někteří podle Lindsaye začínají uvažovat o bílkovinách jako o kvantových mechanických objektech. Lindsay chce prozkoumat jiné lékařsky důležité proteiny a měřit jejich chování pomocí přesných nanopřístrojů, a zjistit, zda by se mohly proteiny důležité pro zdraví a nemoci chovat jako kovy nebo izolátory.