Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

Tutkijat Kehitä Nopea ja tehokas tapa määrittää rakenne Proteiinit

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Tutkijat US Department of Energy (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory ovat kehittäneet nopea ja tehokas tapa määrittää rakenteen proteiineja, lyhentää prosessi, joka kestää usein vuosia tulee muutamassa päivässä.

Greg Hura at Sibylit beamline klo Advanced Light Source Berkeley Lab. Beamline on kaksi vaihdettavissa loppuun asemia, yksi makromolekyyliyhdisteet kristallografia ja yksi pieni kulma röntgen sironnan (SAXS). Kuva: Lawrence Berkeley National Lab - Roy Kaltschmidt, valokuvaaja

Suurikapasiteettisten proteiinia putkisto voisi sallia tutkijat nopeuttaa biopolttoaineiden kehittämistä, tulkita miten extremophiles viihtyvät olosuhteissa, jotka tappavat useimmat organismit, ja ymmärtämään paremmin, miten proteiinit suorittavat elämän elintoimintoja.

Tekniikka auttaa tutkijoita tahdissa kasvava tulva tietojen johtuvat geenien tutkimukset eliöiden ja ympäristön näytteitä kuten merivedestä ja maaperästä. Jokainen uusi geeni tunnistettu näissä tutkimuksissa koodit proteiinia, ja rakenne kunkin proteiinit on ominaista sen selvittämiseksi, mitä se tekee. Nykyinen rakenteellinen karakterisointimenetelmiin ovat hitaita kuitenkin tarkoittaa hiljattain löydettyjen proteiinien ja niiden monia komplekseja pitää kasaantuu, niiden toiminta jäljellä mysteeri.

"On pullonkaula Rakennegenomiikka, ja järjestelmämme osoitteista", sanoo Greg Hura, tutkija Berkeleyssä Labin fyysinen Biosciences Division. Hän kehitti tekniikan, jossa John Tainer Berkeley Lab Life Sciences Division ja Scripps Research Institute La Jolla, CA. Michael Adams ja muut tutkijat University of Georgia myös osaltaan tutkimuksen.

Heidän työnsä on julkaistu heinäkuun 20 verkossa lehden numerossa Nature Methods.

Tiimi kehitti proteiini tekeillä Advanced Light Source (ALS), kansallinen käyttäjä laitos sijaitsee Berkeley Lab, joka tuottaa voimakasta valoa tieteelliseen tutkimukseen. Tällä beamline nimeltään Sibylit, he käyttivät tekniikkaa kutsutaan pienen kulman röntgen sironnan (SAXS), joka voi kuva proteiini luonnontilassa, kuten ratkaisu, ja erotuskyky on noin 10 ångströmiä, joka on pieni tarpeeksi määrittää proteiinin kolmiulotteiseen muotoon. Kirkkaan valon tuottama Advanced Light Source minimoi tarvittavan materiaalin määrä kullekin kokeelle, mikä tekee tekniikka käytännön melkein joka biomolekyylien.

Jos haluat maksimoida nopeus, Hura asennettu robotti, joka automaattisesti pipetit proteiini näytteitä paikoilleen, jotta ne voidaan analysoida x-ray sironta. Ja analysoida saadut tulokset, he käyttivät supertietokoneiden resursseja Yhdysvaltain energiaministeriön kansallisen energiatutkimuksen Scientific Computing Center (NERSC), joka perustuu Berkeley Lab. Supertietokone n klusterit voivat suoltaa kautta tiedot 20 proteiineja viikossa tai yli 1000 makromolekyylien vuodessa.

Tuloksena on järjestelmä, joka liikkuu kiihtyvällä tahdilla kuin nykyteknologialla käytetään määrittämään muodon ja rakenteen proteiineja: röntgenkristallografia ja ydinvoima magneettikuvaus. Äskettäin span yhden kuukauden, tiimi käyttää järjestelmää ratkaista rakenne 40 proteiineja Pyrococcus furiosus, mikroskooppisen extremophile joka voi elää 100 ° C.

"Tämä olisi vienyt useita vuosia röntgenkristallografia", sanoo Hura. "Mihin kestää vuosia, nyt voi kestää viikkoja."

Lisää Tainer, "Voimme nyt saada rakenteellisia tietoja ratkaisu useimmille näytteille, eikä 15 prosenttia saadaan parhaiten nykyisen Rakennegenomiikka Initiative pyrkimyksiä työllistää ydinmagneettinen resonanssi ja kristallografia. "

Berkeley Lab tiimi valitsi s. furiosus koska se on kiehtova ehdokas tuottamaan puhdasta energiaa ja muita sovelluksia. Se on polku, joka tuottaa vetyä, joka on mahdollinen vaihtoehtoinen polttoaine. Ja monet teolliset prosessit ovat erittäin happamia ja erittäin kuuma - ehtoja, jotka P. furiosus rakastaa.

"Jos voisimme oppia, mitä elimistön proteiineja jotta se voisi menestyä näissä olosuhteissa, niin ehkä voimme käyttää niitä energiantuotannossa ja muissa sovelluksissa", sanoo Hura.

Tulevaisuuden synteettisen biologian pyrkimyksiä saattaa liittyä ottaen hyödyllinen proteiini tai verkon proteiinien yhdestä mikrobi, ja tuoda se toiseen mikrobi. Voidakseen tehdä tämän, tutkijoiden on oppia, kuinka paljon verkkoa on tuotu ja vielä se voi tehdä työnsä. Tämä edellyttää analysoida yksittäisiä proteiineja sadoissa eri olosuhteissa.

"Täällä meidän järjestelmämme on suuri vaikutus. Voimme tehdä tämän tyyppistä rakenteellinen analyysi muutamassa viikossa, toisin kuin vuotta kristallografia ", sanoo Hura.

Tietenkin, kuten nopeus ei tule ilman kompromisseja. Röntgenkristallografia tuottaa erittäin tarkkoja kuvia, kun taas pieni kulma x-ray sironta tuottaa proteiinin muotoa paljon pienempi resoluutio noin 10 ångströmiä (yksi Ångström on kymmenen millimetrin miljoonasosa).

Mutta taso tarjoamien tietojen röntgenkristallografia ei ole aina tarpeen. Joskus yksinkertaisesti tietäen jos proteiini on samankaltaisia ​​muodoltaan toiselle riittää oppia sen toiminnon. Ja SAXS tekee sitä mihin se puuttuu epätarkaksi antamalla tarkat tiedot muodon, kokoonpanoon ja conformational muutoksia proteiinien ratkaisu.

"Meillä voi olla vähemmän tietoja ja silti vastata kysymyksiin on vastattava," sanoo Hura ja lisää, että niiden tekniikka auttaa Usher seuraavassa vaiheessa geenitutkimuksen. "Joukko geenejä on tunnistettu kasvaa valtava määrä. Meidän on pysyttävä mukana tässä ja oppia kaikki proteiinit koodataan nämä geenit. "

Lisää Tainer "Tämä putki on esimerkki upean vaikutuksen voimme saavuttaa yhdistämällä fysiikan ja tekniikan kanssa rakenteelliseen biologiaan, joka on mahdollista hallituksen labs kuten Berkeley Lab."

Monialaisen työskentelyn, joka suoritettiin Berkeley Lab Advanced Light Source klo beamline 12.3.1, joka tunnetaan myös nimellä Sibylit (Rakenteellisesti Integrated biologia Life Sciences), vetosi tarjoamat voimavarat kolme erillistä kotipaikka on DOE Office of Science (SC). Tämä työ itsessään oli tukee osittain SC: n toimiston Bio-ja ympäristötieteiden tutkimus (BER). ALS tukee SC: n toimiston Basic Energy Sciences, kun beamline tukee osittain BER. NERSC rahoittavat SC: n toimiston Advanced Tieteellinen laskenta.

Tukea Tulosten tiedoksiantaminen, joukkue loi web-tietokannasta, www.Bioisis.net, joka arkistot kaikki kokeellinen liittyviä tietoja kunkin analysoitu näyte.

"Vankka, suurikapasiteettisten ratkaisu rakenteelliset analyysit pieni kulma röntgen sironnan (SAXS)" by Greg Hura, Angeli Menon, Michal Hammel, Robert P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francis Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Robert Hopkins, Sung-JAE Yang, Joseph Scott, Bret Dillard, Michael Adams ja John Tainer on julkaistu verkossa 20 heinäkuu lehdessä Nature Methods.

Last Update: 4. October 2011 04:18

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit