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Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

Wissenschaftler Entwickeln sich Schnell und Effiziente Art, die Zelle von Proteinen Zu Bestimmen

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Wissenschaftler an der US-Abteilung von Nationalem Laboratorium (DOE) des Lawrence Berkeley der Energie haben ein schnelles und eine effiziente Art entwickelt, die Zelle von Proteinen zu bestimmen und einen Prozess verkürzt, der häufig Jahre in einen Stoff von Tagen nimmt.

Greg Hura am Sybillen beamline an der Hoch entwickelten Lichtquelle an Berkeley-Labor. Das beamline hat zwei austauschbare Endenstationen, eine für makromolekulare Kristallographie und eine für das kleine Winkel Röntgenstrahlzerstreuen (SAXS). Foto: Nationales Labor Lawrence Berkeley - Roy Kaltschmidt, Fotograf

Die Hochdurchsatz Proteinrohrleitung könnte Wissenschaftlern erlauben, die Entwicklung von biologischen Brennstoffen, Dechiffrierung zu beschleunigen, wie extremophiles in den Bedingungen vorwärtskommen, die die meisten Organismen beenden, und besser verstehen, wie Proteine die wesentlichen Funktionen des Lebens durchführen.

Die Technik hilft Wissenschaftlern, mit der wachsenden Flut von den Daten Schritt zu halten, die genomische Studien von Organismen und von Umweltproben wie Meerwasser und Schmutz abstammen. Jedes neue Gen, das in diesen Studiencodes für ein Protein gekennzeichnet werden, und die Zelle jedes Proteins müssen gekennzeichnet werden, um zu bestimmen, was es tut. Aktuelle strukturelle Kennzeichnungstechniken sind langsam, eben entdeckte Proteine und ihre vielen Komplexe jedoch bedeutend halten Sie, oben anzuhäufen, ihre bleibende Funktion ein Geheimnis.

„Es gibt einen Engpass im strukturellen Genomics, und unsere diese Anlagenadressen,“ sagt Greg Hura, ein Wissenschaftler in der Körperlichen die Biowissenschafts-Abteilung Berkeley-Labors. Er entwickelte die Technik mit John Tainer der Biowissenschafts-Abteilung Berkeley-Labors und des Scripps-Forschungsinstituts in La Jolla, CA Michael Adams und andere Wissenschaftler von University of Georgia, das auch zur Forschung beigetragen wurde.

Ihre Arbeit wird in der Onlineausgabe Am 20. Juli der Zapfen Natur-Methoden veröffentlicht.

Das Team entwickelte die Proteinrohrleitung an der Hoch entwickelten Lichtquelle (ALS), ein nationales Leistungsmerkmal, das an Berkeley-Labor gelegen ist, das helles Licht für wissenschaftliche Forschung erzeugt. An einem beamline, das SIBYLS genannt wurde, verwendeten sie eine gerufene Technik kleines Winkelröntgenstrahlzerstreuen (SAXS), das Bild ein im Naturzustand, wie herein eine Lösung und an Protein einer Ortsauflösung von ungefähr 10 Ångström kann, die genug klein ist, die dreidimensionale Form eines Proteins zu bestimmen. Die glänzende Leuchte, die durch die Hoch entwickelte Lichtquelle erzeugt wird, setzt die Menge des Materials benötigt für jedes Experiment herab, das die Technik praktisch für fast jedes mögliches Biomolekül macht.

Um Drehzahl zu maximieren, baute Hura einen Roboter ein dass automatisch Proteinproben in Stellung pipettiert also sie durch das Röntgenstrahlzerstreuen analysiert werden können. Und die resultierenden Daten zu analysieren, verwendeten sie die Supercomputerbetriebsmittel der US-Abteilung Energieforschungs-Wissenschaftlichen Rechenzentrums Der Energie des Nationalen (NERSC), das an Berkeley-Labor basiert. Die Cluster der Supercomputers können durch Daten für 20 Proteine pro Woche oder mehr als 1000 Makromoleküle pro Jahr durchschütteln.

Das Ergebnis ist eine Anlage, die mit der halsbrecherischen Drehzahl sich bewegt, die mit den aktuellen Techniken verglichen wird, die verwendet werden, um die Form und die Zelle von Proteinen zu bestimmen: Röntgenstrahlkristallographie und Kernmagnetisches Resonanz-. Vor Kurzem in der Spanne von einem Monat, verwendete das Team die Anlage, um die Zelle von 40 Proteinen von Pyrococcus-furiosus, ein mikroskopisches extremophile zu lösen, das an 100°C. leben kann.

„Dieses würde einige Jahre mit Röntgenstrahlkristallographie genommen haben,“ sagt Hura. „Was verwendet, um Jahre, jetzt Dose zu nehmen nimmt Wochen.“

Fügt Tainer, „Wir kann strukturelle Informationen über die meisten Proben, eher als die 15 Prozent jetzt in gelöster Form einholen hinzu, die durch das Beste der aktuellen Strukturellen Genomics-Initiativenbemühungen Kernmagnetisches Resonanz- und Kristallographie einsetzend erhalten werden. „

Das Berkeley-Laborteam wählte P.-furiosus, weil es ein faszinierender Kandidat für die Produktion der sauberen Energie und anderer Anwendungen ist. Es hat eine Bahn, die Wasserstoff produziert, der ein möglicher alternativer Brennstoff ist. Und viele industriellen Prozesse sind in hohem Grade säurehaltig und - Bedingungen dieses P.-furiosus Lieben sehr heiß.

„Wenn wir lernen könnten, welche der Proteine des Organismus es in diesen Bedingungen vorwärtskommen lassen, dann möglicherweise können wir sie an der Energieerzeugung anwenden und andere Anwendungen,“ sagt Hura.

Zukünftige synthetische Biologiebemühungen beziehen möglicherweise, ein nützliches Protein oder ein Netz von Proteinen von einer Mikrobe zu nehmen, mit ein und es in eine andere Mikrobe zu importieren. Um dies zu tun, müssen Wissenschaftler lernen wie viel des Netzes importiert werden muss und lassen es noch in der Lage sein seine Arbeit zu erledigen. Dieses benötigt das Analysieren von einzelnen Proteinen in den Hunderten von den verschiedenen Bedingungen.

„Dieses ist, wo unsere Anlage eine große Auswirkung hat. Wir können dieses Baumuster der strukturellen Analyse innerhalb weniger Wochen tun, im Gegensatz zu Jahren mit Kristallographie,“ sagt Hura.

Selbstverständlich kommt solche Drehzahl nicht ohne Kompromisse. Röntgenstrahlkristallographie erbringt extrem hochauflösende Bilder, während das kleine Winkelröntgenstrahlzerstreuen die Form eines Proteins an einer viel niedrigeren Auflösung von ungefähr 10 Ångström erbringt (ein Ångström ist ein zehn-millionstel eines mm).

Aber das Niveau von Informationen angeboten durch Röntgenstrahlkristallographie ist nicht immer notwendig. Manchmal einfach ist zu wissen, wenn ein Protein in der Form anderen ähnlich ist, genug, zum seiner Funktion zu lernen. Und SAXS macht wieder gut, was es in der Präzision ermangelt, indem es in gelöster Form exakte Information auf der Form, der Montage und den angleichbaren Änderungen von Proteinen zur Verfügung stellt.

„Wir können weniger Informationen haben und die Fragen noch beantworten, die beantwortet werden müssen,“ sagt Hura und hinzufügt, dass ihre Technik hilft, in der folgenden Phase der Genomicsforschung hineinzuführen. „Die Anzahl von den Genen, die gekennzeichnet werden, ist mit einer enormen Kinetik wachsend. Wir müssen mit diesem Schritt halten und über alle Proteine lernen, die kodiert werden in diesen Genen.“

Fügt Tainer hinzu, „Diese Rohrleitung ist ein Beispiel der erstaunlichen Auswirkung, die wir erzielen können, indem wir Physik kombinieren und mit struktureller Biologie ausführen, die ist möglich an den Regierungslabors wie Berkeley-Labor.“

Die multidisziplinäre Arbeit, die an der Fortgeschrittenen Lichtquelle Berkeley-Labors an beamline 12.3.1 durchgeführt wurde, alias SYBILLEN (Strukturell Integrierte Biologie für Biowissenschaften), beruhte auf den Betriebsmitteln, die von drei verschiedenen Büros innerhalb des DAMHIRSCHKUH Büros der Wissenschaft bereitgestellt wurden (SC). Diese Arbeit selbst wurde im Teil durch Büro SC der Biologischen und UmweltForschung (BRUSTBEERE) unterstützt. Der ALS wird durch Büro SC von Grundlegenden Energie-Wissenschaften unterstützt, während das beamline im Teil durch BRUSTBEEREN unterstützt wird. NERSC wird durch Büro SC der Hoch entwickelten Wissenschaftlichen Datenverarbeitung finanziert.

Um Nachrichtenübermittlung von Ergebnissen zu unterstützen, erstellte das Team eine Selennetz-zugängliche Datenbank, www.Bioisis.net, die alle experimentellen Sonderkommandos archiviert, die mit jeder analysierten Probe verbunden sind.

„Robuste, Hochdurchsatz Lösung strukturelle Analysen nach dem kleinen Winkel Röntgenstrahlzerstreuen (SAXS)“ durch Greg Hura, Angeli Menon, Michal Hammel, Robert P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francis Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Robert Hopkins, Yang Gesungen-jae, Joseph Scott, Bret Dillard, Michael Adams und John Tainer wird online Am 20. Juli in den Zapfen Natur-Methoden veröffentlicht.

Last Update: 14. January 2012 00:20

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