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Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

Los Científicos Se Convierten Rápidamente y Modo Eficaz De Determinar la Estructura de Proteínas

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Los Científicos en el Ministerio de los E.E.U.U. de Laboratorio (DOE) Nacional de Lorenzo Berkeley de la Energía han desarrollado un rápido y un modo eficaz determinar la estructura de proteínas, acortando un proceso que tarda a menudo años en una cuestión de días.

Greg Hura en el beamline de las Sibilas en la Fuente De Luz Avanzada en el Laboratorio de Berkeley. El beamline tiene dos estaciones permutables del extremo, una para la cristalografía macromolecular y una para pequeño dispersar de Radiografía del ángulo (SAXS). Foto: Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley - Roy Kaltschmidt, fotógrafo

La tubería de la proteína de la alto-producción podría permitir que los científicos aceleren el revelado de combustibles biológicos, descifración cómo los extremophiles prosperan en las condiciones que matan a la mayoría de los organismos, y entienden mejor cómo las proteínas realizan las funciones vitales de la vida.

La técnica ayudará a científicos a guardar paso con la inundación de los datos creciente que provienen estudios genomic de organismos y de muestras ambientales tales como agua de mar y suelo. Cada nuevo gen determinado en estos códigos de los estudios para una proteína, y la estructura de cada proteína se deben caracterizar para determinar lo que lo hace. Las técnicas estructurales Actuales de la caracterización son lentas, sin embargo, significando las proteínas nuevamente descubiertas y sus muchos complejos guarde el amontonar hacia arriba, su función que sigue siendo un misterio.

“Hay un atascamiento en genómica estructural, y nuestros direccionamientos del sistema esos,” dice a Greg Hura, científico en la División Física de las Ciencia Biológicas del Laboratorio de Berkeley. Él desarrolló la técnica con Juan Tainer de la División de las Ciencias de la Vida del Laboratorio de Berkeley y del Instituto de Investigación de Scripps en La Jolla, CA Michael Adams y otros científicos de la Universidad de Georgia también contribuida a la investigación.

Su trabajo se publica en la edición en línea del 20 de julio de los Métodos de la Naturaleza del gorrón.

Las personas desarrollaron la tubería de la proteína en la Fuente De Luz Avanzada (ALS), un recurso nacional del utilizador situado en el Laboratorio de Berkeley que genera la luz intensa para la investigación científica. En un beamline llamado SIBYLS, utilizaron una técnica llamada el pequeño dispersar de radiografía del ángulo (SAXS), que puede imagen una proteína en su estado natural, tal como hacia adentro una solución, y en una resolución espacial de cerca de 10 angstromes, que es bastante pequeña determinar la dimensión de una variable tridimensional de una proteína. La luz brillante generada por la Fuente De Luz Avanzada disminuye la cantidad de material requerida para cada experimento, que hace la técnica práctica para casi cualquier biomolécula.

Para maximizar velocidad, Hura instaló un robot que mide con una pipeta automáticamente muestras de la proteína en la posición así que pueden ser analizadas dispersando de radiografía. Y para analizar los datos resultantes, utilizaron los recursos de la superinformática del Ministerio de los E.E.U.U. de Centro De Cómputo Científico Nacional de la Investigación En las Materias Energéticas de la Energía (NERSC), que se basa en el Laboratorio de Berkeley. Los atados del superordenador pueden agitar con los datos para 20 proteínas por semana, o más de 1000 macromoléculas por año.

El resultado es un sistema que se mueve a la velocidad de vértigo comparada a las técnicas actuales usadas para determinar la dimensión de una variable y la estructura de proteínas: cristalografía de la radiografía y de resonancia magnética nuclear. Recientemente, en el palmo de un mes, las personas utilizaron el sistema para resolver la estructura de 40 proteínas del furiosus de Pyrococcus, un extremophile microscópico que puede vivir en 100°C.

“Esto habría tardado varios años con cristalografía de la radiografía,” dice Hura. “Qué usado para tardar los años, ahora poder toma a semanas.”

Agrega Tainer, “Nosotros puede ahora obtener la información estructural en la solución en la mayoría de las muestras, bastante que el 15 por ciento obtenido por el mejor de los esfuerzos Preliminares de la Genómica Estructural actual empleando de resonancia magnética nuclear y la cristalografía. “

Las personas del Laboratorio de Berkeley eligieron furiosus del P. porque es un candidato intrigante a la producción de energía limpia y de otras aplicaciones. Tienen un camino que produzca el hidrógeno, que es un combustible alternativo potencial. Y muchos procesos industriales son altamente ácidos y muy calientes - las condiciones los amores de ese furiosus del P.

“Si podríamos aprender cuáles de las proteínas del organismo permiten que prospere en estas condiciones, después podemos aplicarlas quizá a la producción energética y otras aplicaciones,” dice Hura.

Los esfuerzos sintetizados Futuros de la biología pueden implicar el tomar de una proteína útil o de una red de proteínas a partir de un microbio, y el importar de ella en otro microbio. Para hacer el, los científicos deben aprender cuánto de la red necesita ser importado y todavía hacen que pueda hacer su trabajo. Esto requiere analizar las proteínas individuales en centenares de diversas condiciones.

“Aquí es donde nuestro sistema tendrá un impacto grande. Podemos hacer este tipo de análisis estructural en cuestión de semanas, en comparación con años con cristalografía,” dice Hura.

Por supuesto, tal velocidad no viene sin equilibrios. La cristalografía de la Radiografía rinde imágenes extremadamente de alta resolución, mientras que el pequeño dispersar de radiografía del ángulo rinde la dimensión de una variable de una proteína en una resolución mucho más inferior de cerca de 10 angstromes (un angstrom es un diez-millonésimo de un milímetro).

Pero el nivel de información ofrecido por cristalografía de la radiografía no es siempre necesario. A Veces, simple saber si una proteína es similar en dimensión de una variable a otra es suficiente para aprender su función. Y SAXS compensa lo que falta en la precisión proporcionando a la información precisa en la dimensión de una variable, el ensamblaje, y los cambios conformacionales de proteínas en la solución.

“Podemos tener menos información y todavía contestar a las preguntas que necesitan ser contestadas,” dice Hura, agregando que su técnica ayudará a llevar en la fase próxima de la investigación de la genómica. “El número de genes que son determinados está creciendo a un tipo enorme. Necesitamos guardar paso con esto y aprender sobre todas las proteínas codificadas en estos genes.”

Agrega Tainer, “Esta tubería es un ejemplo del impacto imponente que podemos lograr combinando la física y dirigiéndola con la biología estructural, que es posible en los laboratorios del gobierno como el Laboratorio de Berkeley.”

El trabajo multidisciplinario, que conducto en la Fuente De Luz Avance del Laboratorio de Berkeley en el beamline 12.3.1, también conocido como SIBILAS (Biología Estructural Integrada para las Ciencias de la Vida), confió en los recursos proporcionados por tres oficinas separadas dentro de la Oficina de la GAMA de la Ciencia (SC). Este trabajo sí mismo fue utilizado en parte por la Oficina del SC de la Investigación Biológica y Ambiental (AZUFAIFA). El ALS es utilizado por la Oficina del SC de las Ciencias Básicas de la Energía, mientras que el beamline es utilizado en parte por las AZUFAIFAS. NERSC es financiado por la Oficina del SC de Calcular Científico Avanzado.

Para ayudar a la comunicación de resultados, las personas crearon una base de datos Web-accesible, www.Bioisis.net, que archiva a todos los detalles experimentales asociados a cada muestra analizada.

Los “análisis estructurales Robustos, de la alto-producción de la solución por pequeño dispersar de Radiografía del ángulo (SAXS)” por Greg Hura, Ángelus Menon, Michal Hammel, Roberto P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francisco Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Roberto Hopkins, Cantado-jae Yang, José Scott, Bret Dillard, Michael Adams, y Juan Tainer se publican el 20 de julio en línea en los Métodos de la Naturaleza del gorrón.

Last Update: 13. January 2012 21:54

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