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科学者は蛋白質の構造を定める速く、効率的な方法を開発します

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

ローレンスバークレーの国立研究所 (DOE)米国エネルギー省の科学者は頻繁に幾日の問題に年を運ぶプロセスを短くする蛋白質の構造を定める速く、効率的な方法を開発しました。

バークレーの実験室の高度の光源の Sibyls の beamline のグレッグ Hura。 beamline に 2 つの交換可能な端端末、 1 および小さい角度の X 線分散のための高分子結晶学のための 1 があります (SAXS)。 写真: ローレンスバークレーの国立研究所 - ローイ Kaltschmidt、カメラマン

高スループット蛋白質のパイプラインは extremophiles がほとんどの有機体を殺す繁栄し、よりよく蛋白質が生命の重要な機能をどのように遂行するか理解するか条件でどのように科学者が生物燃料の開発、解読を促進することを可能にすることができます。

技術は科学者が海水および土のような有機体そして環境のサンプルの genomic 調査が原因で成長する膨大なデータに合わせるのを助けます。 蛋白質のためのこれらの調査コードで識別されるあらゆる新しい遺伝子および各蛋白質の構造はすることを定めるために特徴付けられなければなりません。 現在の構造性格描写の技術は遅いです、しかし、最近検出された蛋白質および多くの複合体を意味してミステリーに残る機能積み続けて下さい。

「構造ゲノミクスにネックがあり、その私達のシステムアドレス」グレッグ Hura、バークレーの実験室の物理的な生物科学部の科学者を言います。 彼はまた研究に貢献されたジョージア大学からの La Jolla のバークレーの実験室の生命科学部そして Scripps の研究所のジョン Tainer、 CA. ミハエルアダムスおよび他の科学者との技術を開発しました。

作業はジャーナル性質方法の 7 月 20 日のオンライン版で出版されます。

チームは高度の光源、科学研究のための (ALS)強いライトを生成するバークレーの実験室にいた各国用のユーザー機能で蛋白質のパイプラインを開発しました。 SIBYLS と呼出された beamline でそれらは呼出された技術を画像未開地の、解決のような、そして蛋白質の三次元形を定めるには十分に小さい、約 10 オングストロームの空間分解能の蛋白質できる小さい角度の X 線分散 (SAXS) 使用しました。 高度の光源によって生成される華麗なライトはほとんどあらゆる生体物質のための技術を実用的にさせる各実験に必要な材料の量を最小化します。

速度を最大化するためには、 Hura は自動的に位置に蛋白質のサンプルをピペットで移す従って X 線分散ことをによって分析することができることロボットをインストールしました。 そして生じるデータを分析するために、バークレーの実験室で基づいている各国用のエネルギー研究の科学的なコンピューティングセンター (NERSC)米国エネルギー省のスーパーコンピューティングのリソースを使用しました。 スーパーコンピュータのクラスタは 1 週あたりの 20 の蛋白質、または 1 年ごとの 1000 以上の高分子のデータによってかき回すことができます。

結果は蛋白質の形そして構造を定めるのに使用される現在の技術と比較される猛烈な速度で移動するシステムです: X 線の結晶学および核磁気共鳴。 最近、 1 か月のスパンで、チームは Pyrococcus の furiosus からの 40 の蛋白質の構造、 100°C. に住むことができる顕微鏡の extremophile 解決するのにシステムを使用しました。

「これは X 線の結晶学を用いる数年を取ろう」、 Hura を言います。 「年、今缶を取るのに使用される何を取る週に」。

Tainer を用いている、 「核磁気共鳴および結晶学を私達今現在の構造ゲノミクスの初めの努力のベストによって得られる 15% よりもむしろほとんどのサンプルの解決の構造的情報を、得ることができます追加します。 「

バークレーの実験室のチームはそれがクリーンエネルギーおよび他のアプリケーションの生産のための陰謀的な候補者であるので P. の furiosus を選択しました。 それに潜在的な代替燃料である、水素を作り出すパスがあります。 そして多くの工業プロセスは非常に酸性および非常に熱いです - 条件その P. の furiosus 愛。

「それがこれらの条件で繁栄するようにするか有機体の蛋白質のどれが学ぶことができればそして多分私達はエネルギー生産にそれらを適用してもいく、他のアプリケーション」、 Hura を言います。

未来の総合的な生物学の努力は 1 匹の微生物からの蛋白質の有用な蛋白質かネットワークを取り、別の微生物にインポートすることを含むかもしれません。 これをするためには、科学者は学ばなければインポートされる必要があるなり、まだそれをジョブをかされますネットワークのどの位もらいます。 これは何百もの異なった条件の個々の蛋白質を分析することを必要とします。

「これは私達のシステムに大きい影響があるところです。 私達はこのタイプの構造解析を数週間の内にしてもいいです結晶学を用いる年に対して」、 Hura を言います。

当然、そのような速度はトレードオフなしでは来ません。 X 線の結晶学は小さい角度の X 線分散は約 10 オングストロームの大いに低分解能で蛋白質の形をもたらすが、非常に高解像の画像をもたらします (1 オングストロームはミリメートルの 1 の 10 百万番目です)。

しかし X 線の結晶学によって提供される情報のレベルは必要常にではないです。 時々、 1 つの蛋白質が別のものに形で類似しているかどうか単に確認することは機能を学ぶ十分です。 そして SAXS は精密で解決かの蛋白質の形、アセンブリおよび conformational 変更で正確な情報を提供することによって欠けているものに補います。

「私達はより少ない情報があってもいく、まだ答えられる必要がある質問に答えるため」技術がゲノミクスの研究の次の段階以内に案内を助ける付け加える Hura を言います。 「識別される遺伝子の番号は巨大なレートで育っています。 私達はこれに合わせ、これらの遺伝子で符号化されるすべての蛋白質について学ぶ必要があります」。

Tainer を追加します、 「このパイプライン私達が物理学を結合し、バークレーの実験室のような政府の実験室で可能」。はの構造生物学との設計によって達成してもいい思いがけない影響の例です

beamline 12.3.1 のバークレーの実験室の進められた光源で行なわれた学際的な作業は科学の雌ジカのオフィス内の 3 つの別々のオフィスによって提供されたリソースに、別名 SIBYLS (生命科学のための構造的に統合された生物学)、頼りました (SC)。 この作業自体は SC の生物的および環境調査 (BER) のオフィスによって一部にはサポートされました。 ALS は SC の基本的なエネルギー科学のオフィスによって beamline は BER によって一部にはサポートされるが、サポートされます。 NERSC は SC の高度の科学的な計算のオフィスによって資金を供給されます。

結果の通信連絡を助けるためには、チームは各々の分析されたサンプルと関連付けられるすべての実験細部をアーカイブする網アクセス可能なデータベース、 www.Bioisis.net を作成しました。

「グレッグ Hura、 Angeli Menon、ミカル Hammel、ロバート P. Rambo、 Farris Poole、スーザン Tsutakawa、フランシス島 Jenney、スコット Classen、ケネス Frankel、ヤンを、ヨセフスコット歌われるjae、ロバート Hopkins によって小さい角度の X 線分散による強い、高スループット解決の構造解析 (SAXS)」は Bret Dillard、ミハエルアダムス、およびジョン Tainer ジャーナル性質方法のオンライン 7 月 20 日出版されます。

Last Update: 13. January 2012 20:17

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