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Les Scientifiques Se Développent Rapidement et Moyen Efficace De Déterminer la Structure des Protéines

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Les Scientifiques au Ministère De L'énergie des États-Unis le Laboratoire (DOE) National de Lawrence Berkeley Ont développé un rapide et un moyen efficace pour déterminer la structure des protéines, diminuant un procédé qui prend souvent des années dans une question des jours.

Greg Hura au beamline de Sibylles à la Source Lumineuse Avancée au Laboratoire de Berkeley. Le beamline a deux stations interchangeables d'extrémité, une pour la cristallographie macromoléculaire et une pour la diffusion des rayons X Sous petit angle (SAXS). Photo : Laboratoire National de Lawrence Berkeley - Roy Kaltschmidt, photographe

Le pipeline de protéine de haut-débit pourrait permettre à des scientifiques d'accélérer le développement des combustibles organiques, déchiffrement comment les extremophiles prospèrent en conditions qui détruisent la plupart des organismes, et comprennent mieux comment les protéines effectuent les fonctionnements indispensables de la durée de vie.

La technique aidera des scientifiques à suivre la pléthore de données croissante provenant des études génomiques des organismes et des échantillons environnementaux tels que l'eau de mer et la saleté. Chaque gène neuf recensé en ces indicatifs d'études pour une protéine, et la structure de chaque protéine doivent être caractérisés afin de déterminer ce qu'il fait. Les techniques structurelles Actuelles de caractérisation sont lentes, cependant, en signifiant les protéines neuf découvertes et leurs beaucoup de composés continuez à empiler, leur fonctionnement demeurant un mystère.

« Il y a un goulot d'étranglement dans la génomique structurelle, et nos adresses de système ces, » dit Greg Hura, un scientifique dans la Division Matérielle des Biosciences du Laboratoire de Berkeley. Il a développé la technique avec John Tainer de Division des Sciences de la Vie du Laboratoire de Berkeley et de l'Institut de Recherches de Scripps à La Jolla, CA Michael Adams et d'autres scientifiques de l'Université de Géorgie également contribuée à la recherche.

Leur travail est publié dans l'édition en ligne du 20 juillet des Méthodes de Nature de tourillon.

L'équipe a développé le pipeline de protéine à la Source Lumineuse Avancée (ALS), une installation nationale d'utilisateur située au Laboratoire de Berkeley qui produit de la lumière forte pour la recherche scientifique. À un beamline SIBYLS appelée, ils ont utilisé une diffusion des rayons X sous petit angle appelée de technique (SAXS), qui peut image une protéine dans sa condition naturelle, telle que dedans une solution, et à une résolution spatiale d'environ 10 angströms, qui est assez petite pour déterminer la forme en trois dimensions d'une protéine. La lumière brillante produite par la Source Lumineuse Avancée réduit à un minimum la quantité de matériau exigée pour chaque expérience, qui rend la technique pratique pour presque n'importe quel biomolécule.

Pour maximiser la vitesse, Hura a installé un robot qu'introduit à la pipette automatiquement des échantillons de protéine en le place ainsi ils peuvent s'analyser par la diffusion des rayons X. Et pour analyser les données donnantes droit, elles ont utilisé les moyens de superinformatique du Ministère De L'énergie des États-Unis le Centre Calculant Scientifique National De la Recherche En Matière D'énergie (NERSC), Qui est basé au Laboratoire de Berkeley. Les batteries du superordinateur peuvent battre par des données pour 20 protéines par semaine, ou plus de 1000 macromolécules par an.

Le résultat est un système qui déménage à la vitesse casse-cou comparée aux techniques actuelles employées pour déterminer la forme et la structure des protéines : cristallographie et résonance magnétique nucléaire de rayon X. Récent, dans l'envergure d'un mois, l'équipe a utilisé le système pour résoudre la structure de 40 protéines de furiosus de Pyrococcus, un extremophile microscopique qui peut vivre à 100°C.

« Ceci aurait pris plusieurs années avec la cristallographie de rayon X, » dit Hura. « Ce Qu'employé pour prendre des années, maintenant boîte prend à des semaines. »

Ajoute Tainer, « Nous peut maintenant obtenir l'information structurelle en solution sur la plupart des échantillons, plutôt que les 15 pour cent obtenus par le meilleur des efforts Initiatiques Génomiques Structurels actuels utilisant la résonance magnétique nucléaire et la cristallographie. « 

L'équipe de Laboratoire de Berkeley a choisi le furiosus de P. parce que c'est un candidat intrigant pour la production de l'énergie propre et d'autres applications. Elle a une voie qui produit l'hydrogène, qui est un combustible de substitution potentiel. Et beaucoup de processus industriels sont hautement acides et très chauds - des conditions des amours de ce furiosus de P.

« Si nous pourrions apprendre lesquelles des protéines de l'organisme lui permettent de prospérer en ces conditions, puis peut-être nous pouvons nous appliquer les à la production d'énergie et d'autres applications, » dit Hura.

Les Futurs efforts synthétiques de biologie peuvent concerner prendre une protéine utile ou un réseau des protéines d'un microbe, et l'importer dans un autre microbe. Afin de faire ceci, les scientifiques doivent apprendre quelle quantité de réseau doit être importé et le font toujours pouvoir réaliser son travail. Ceci exige analyser différentes protéines dans les centaines de différentes conditions.

« C'est où notre système aura un impact important. Nous pouvons faire ce type d'analyse de la structure en quelques semaines, par opposition aux années avec la cristallographie, » dit Hura.

Naturellement, une telle vitesse ne vient pas sans compromis. La cristallographie de Rayon X fournit extrêmement des images haute résolution, alors que la diffusion des rayons X sous petit angle fournit la forme d'une protéine beaucoup à un plus à basse résolution d'environ 10 angströms (un angström est un dix-millionième d'un mm).

Mais le niveau de l'information offert par la cristallographie de rayon X n'est pas toujours nécessaire. Parfois, savoir simplement si une protéine est assimilée dans la forme à l'autre est assez pour apprendre son fonctionnement. Et SAXS compense de ce qu'il manque dans la précision en fournissant les informations exactes sur la forme, l'assemblage, et les modifications conformationnelles des protéines en solution.

« Nous pouvons avoir moins d'information et répondre toujours aux questions qui doivent être répondues, » dit Hura, ajoutant que leur technique aidera à déclencher pendant la phase suivante de la recherche génomique. « Le nombre de gènes étant recensés se développe à des tarifs énormes. Nous devons suivre ceci et nous renseigner sur toutes les protéines encodées en ces gènes. »

Ajoute Tainer, « Ce pipeline est un exemple de l'incidence renversante que nous pouvons réaliser en combinant la physique et en la concevant avec la biologie structurelle, qui est possible aux laboratoires de gouvernement comme le Laboratoire de Berkeley. »

Le travail multidisciplinaire, qui a été conduit à la Source Lumineuse Avancée du Laboratoire de Berkeley au beamline 12.3.1, également connu sous le nom de SIBYLLES (Biologie Structurellement Intégrée pour les Sciences de la Vie), s'est fondé sur des moyens fournis par trois bureaux indépendants dans le Bureau de DAINE de la Science (SC). Ce travail lui-même a été supporté en partie par le Bureau du SC de la Recherche Biologique et Environnementale (JUJUBE). Les ALS sont supportés par le Bureau du SC des Sciences De base d'Énergie, alors que le beamline est supporté en partie par des JUJUBES. NERSC est financé par le Bureau du SC de Calculer Scientifique Avancé.

Pour faciliter la transmission des résultats, l'équipe a produit une base de données Web-accessible, www.Bioisis.net, qui archive tous les petits groupes expérimentaux associés avec chaque échantillon analysé.

Des « analyses de la structure Robustes, de haut-débit de solution par la diffusion des rayons X Sous petit angle (SAXS) » par Greg Hura, Angélus Menon, Michal Hammel, Robert P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francis Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Robert Hopkins, Chanté-jae Yang, Joseph Scott, Bret Dillard, Michael Adams, et John Tainer est publiées le 20 juillet en ligne dans les Méthodes de Nature de tourillon.

Last Update: 13. January 2012 22:58

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