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Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

Gli Scienziati Si Sviluppano Velocemente e Modo Efficace Di Determinare la Struttura delle Proteine

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Gli Scienziati al Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti il Laboratorio Nazionale (DOE) del Lawrence Berkeley Hanno sviluppato un veloce e un modo efficace per determinare la struttura delle proteine, accorciante un trattamento che richiede spesso gli anni in un aspetto dei giorni.

Greg Hura al beamline delle Sibille alla Sorgente Luminosa Avanzata al Laboratorio di Berkeley. Il beamline ha due stazioni intercambiabili dell'estremità, una per la cristallografia macromolecolare ed una per il piccolo scattering dei Raggi X di angolo (SAXS). Foto: Laboratorio Nazionale di Lawrence Berkeley - Roy Kaltschmidt, fotografo

La conduttura della proteina di alto-capacità di lavorazione potrebbe permettere che gli scienziati accelerino lo sviluppo dei combustibili biologici, deciframento come i extremophiles prosperano nelle circostanze che uccidono la maggior parte dei organismi e meglio capiscono come le proteine espletano le funzioni vitali della vita.

La tecnica aiuterà gli scienziati a stare al passo con la pletora di dati crescente che provengono dagli studi genomica degli organismi e dei campioni ambientali quali acqua di mare e terreno. Ogni nuovo gene identificato in questi codici di studi per una proteina e la struttura di ogni proteina devono essere caratterizzati per determinare che cosa fa. Le tecniche strutturali Correnti di caratterizzazione sono lente, tuttavia, significando le proteine recentemente scoperte ed i loro molti complessi continui palancola su, la loro funzione che rimane un mistero.

“C'è un grave ostacolo nella genomica strutturale ed i nostri indirizzi del sistema quei,„ dice Greg Hura, uno scienziato nella Divisione Fisica delle Scienze Biologiche del Laboratorio di Berkeley. Ha sviluppato la tecnica con John Tainer di Divisione di Scienze Biologiche Del Laboratorio di Berkeley e dell'Istituto Di Ricerca Di Scripps a La Jolla, CA Michael Adams ed altri scienziati dall'Università di Georgia anche contribuita alla ricerca.

La Loro opera è pubblicata nell'edizione online del 20 luglio dei Metodi della Natura del giornale.

Il gruppo ha sviluppato la conduttura della proteina alla Sorgente Luminosa Avanzata (ALS), una funzione nazionale dell'utente situata al Laboratorio di Berkeley che genera l'indicatore luminoso intenso per ricerca scientifica. Ad un beamline chiamato SIBYLS, hanno usato una tecnica chiamata piccolo scattering dei raggi x di angolo (SAXS), che può immagine una proteina nel suo stato naturale, quale dentro una soluzione e ad una risoluzione spaziale di circa 10 angstrom, che è abbastanza piccola determinare la forma tridimensionale di una proteina. L'indicatore luminoso brillante generato dalla Sorgente Luminosa Avanzata minimizza la quantità di materiale richiesta per ogni esperimento, che rende la tecnica pratica per quasi tutta la biomolecola.

Per massimizzare la velocità, Hura ha installato un robot che pipetta automaticamente i campioni della proteina nella posizione in modo da possono essere analizzati dallo scattering dei raggi x. E per analizzare i dati risultanti, hanno usato le risorse di supercomputing del Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti il Centro Di Elaborazione Scientifico Nazionale di Ricerca Energetica (NERSC), Che è basato al Laboratorio di Berkeley. I cluster del supercomputer possono sbattere con i dati per 20 proteine per settimana, o più di 1000 macromolecole all'anno.

Il risultato è un sistema che si muove alla velocità a rotta di collo confrontata alle tecniche correnti usate per determinare la forma e la struttura delle proteine: cristallografia a raggi x ed a risonanza magnetica nucleare. Recentemente, nella portata di un mese, il gruppo ha utilizzato il sistema per risolvere la struttura di 40 proteine dal furiosus di Pyrococcus, un extremophile microscopico che può vivere a 100°C.

“Questo avrebbe richiesto parecchi anni con cristallografia a raggi x,„ dice Hura. “Che Cosa usato per richiedere gli anni, ora latta cattura a settimane.„

Aggiunge Tainer, “Noi può ora ottenere le informazioni strutturali in soluzione sulla maggior parte dei campioni, piuttosto che i 15 per cento ottenuti dal meglio degli sforzi Strutturali correnti di Iniziativa di Genomica impieganti a risonanza magnetica nucleare e la cristallografia. “

Il gruppo del Laboratorio di Berkeley ha scelto il furiosus del P. perché è un candidato intrigante per la produzione di energia pulita e di altre applicazioni. Ha una via che produce l'idrogeno, che è un combustibile alternativo potenziale. E molti processi industriali sono altamente acidi e molto caldi - circostanze amori di quel furiosus del P.

“Se potessimo imparare quale delle proteine dell'organismo permettono che prosperi in queste circostanze, quindi forse possiamo applicarli a produzione di energia ed altre applicazioni,„ dice Hura.

Gli sforzi sintetici Futuri di biologia possono comprendere catturare una proteina utile o una rete delle proteine da un microbo ed includerla in un altro microbo. Per fare questo, gli scienziati devono imparare quanto della rete deve essere incluso ed ancora la fanno potere fare il suo processo. Ciò richiede analizzare le diverse proteine nelle centinaia di circostanze differenti.

“Questo è dove il nostro sistema avrà un grande impatto. Possiamo fare questo tipo di analisi strutturale nel giro di poche settimane, rispetto agli anni con cristallografia,„ dice Hura.

Naturalmente, tale velocità non viene senza alternanze. La Cristallografia a raggi x rende le immagini estremamente ad alta definizione, mentre il piccolo scattering dei raggi x di angolo rende la forma di una proteina ad una risoluzione molto più bassa di circa 10 angstrom (un angstrom è un dieci-milionesimo di un millimetro).

Ma il livello di informazioni offerto da cristallografia a raggi x non è necessario sempre. A Volte, semplicemente sapere se una proteina è simile nella forma ad un altro è abbastanza per imparare la sua funzione. E SAXS compensa di che cosa manca nella precisione fornendo l'informazione esatta sulla forma, sul montaggio e sui cambiamenti conformazionali delle proteine in soluzione.

“Possiamo avere meno informazioni ed ancora rispondere alle domande che devono essere risposte a,„ dice Hura, aggiungente che la loro tecnica contribuirà ad introdurre la fase prossima di ricerca di genomica. “Il numero dei geni che sono identificati sta sviluppandosi ad una tariffa enorme. Dobbiamo stare al passo con questo ed imparare circa tutte le proteine codificate in questi geni.„

Aggiunge Tainer, “Questa conduttura è un esempio dell'impatto che sbalorditivo possiamo raggiungere combinando la fisica e costruendo con la biologia strutturale, che è possibile ai laboratori di governo come il Laboratorio di Berkeley.„

Il lavoro pluridisciplinare, che è stato condotto alla Sorgente Luminosa Avanzata del Laboratorio di Berkeley al beamline 12.3.1, anche conosciuto come le SIBILLE (Biologia Strutturalmente Integrata per le Scienze Biologiche), Ha contato sulle risorse fornite da tre uffici separati all'interno dell'Ufficio della DAINA di Scienza (SC). Questo lavoro stesso è stato supportato in parte dall'Ufficio dello SC della Ricerca Biologica ed Ambientale (BER). Il ALS è supportato dall'Ufficio dello SC delle Scienze Di Base di Energia, mentre il beamline è supportato in parte dai BER. NERSC è costituito un fondo per dall'Ufficio dello SC di Computazione Scientifica Avanzata.

Per aiutare la comunicazione dei risultati, il gruppo ha creato un database Web-accessibile, www.Bioisis.net, che archiva tutti i dettagli sperimentali connessi con ogni campione analizzato.

“Le analisi strutturali di alto-capacità di lavorazione e Robuste della soluzione dal piccolo scattering dei Raggi X di angolo (SAXS)„ da Greg Hura, gli Angelus Menon, Michal Hammel, Robert P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francis Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Robert Hopkins, Cantato-jae Yang, Joseph Scott, Bret Dillard, Michael Adams e John Tainer è pubblicata il 20 luglio online nei Metodi della Natura del giornale.

Last Update: 13. January 2012 23:44

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