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Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

과학자는 단백질의 구조물을 결정하는 단단과 능률 쪽을 개발합니다

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

로오렌스 버클리 국립 연구소 (DOE) 미국 에너지성에 과학자는 일의 사정으로 수시로 년이 걸리는 프로세스 단축 단백질의 구조물을 결정하는 단단과 능률 쪽을 개발했습니다.

버클리 실험실에 향상된 광원에 Sibyls beamline에 그렉 Hura. beamline에는 2개의 호환성이 있는 끝 역, 하나 및 작은 각 엑스레이 뿌리기를 위해 macromolecular 결정학을 위해 하나가 있습니다 (SAXS). 사진: 로오렌스 버클리 국립 연구소 - Roy Kaltschmidt, 사진사

높 처리량 단백질 파이프라인은 extremophiles가 대부분의 유기체를 죽이는 조건에서 번창하고, 잘 단백질이 생활의 생명 기능을 어떻게 실행하는지 이해하는 방법 과학자가 바이오 연료의 발달, 암호문 해독을 급송하는 것을 허용할 수 있었습니다.

기술은 과학자가 바닷물과 토양과 같은 유기체 그리고 환경 견본의 genomic 연구 결과를 유래하는 성장하고 있는 데이터 범람을 와 보조를 맞출 것을 도울 것입니다. 단백질을 위한 이 연구 결과 부호에서 확인된 각 새로운 유전자, 및 각 단백질의 구조물은 무슨을 결정하기 위하여 성격을 나타내야 합니다. 현재 구조상 특성 기술은 느립니다, 그러나, 새로 발견한 단백질 및 그들의 많은 복합물을 의미해서, 신비에 남아 있는 그들의 기능 위로 쌓는 것을 계속하십시오.

"구조상 유전체학에 있는 좁은 통로가 있고, 그 우리의 시스템 주소," 그렉 Hura, 버클리 실험실의 물리적인 Biosciences 부에 있는 과학자를 말합니다. 그는 또한 연구에 기여된 조오지아 대학에서 라호야에 있는 버클리 실험실의 생명 공학 부 그리고 Scripps 연구소의 죤 Tainer, CA. 마이클 아담스 및 그밖 과학자와 가진 기술을 개발했습니다.

그들의 일은 전표 성격 방법의 7월 20일 온라인 판에서 간행됩니다.

팀은 향상된 광원, 과학적인 연구를 위한 (ALS) 강렬한 빛을 생성하는 버클리 실험실에 있는 국제적인 사용자 시설에 단백질 파이프라인을 개발했습니다. SIBYLS이라고 칭한 beamline에, 그(것)들은 불린 기술을 심상 그것의 미개간에 있는 해결책과 같은 그리고 단백질의 3차원 모양을 결정하기 위하여 충분히 작은, 대략 10의 옹스트롬의 공간적 해상도에 단백질 안으로 할 수 있는 작은 각 엑스레이 뿌리는 (SAXS) 사용했습니다. 향상된 광원에 의해 생성된 화려한 빛은 거의 어떤 유생분자든지를 위한 기술을 실제에게 하는 각 실험을 위해 요구된 물자 양을 극소화합니다.

속도를 확대하기 위하여는, Hura는 자동적으로 위치로 단백질 견본을 피펫으로 옮기다 그래서 엑스레이 뿌려서 분석될 수 있다는 것을 로봇을 설치했습니다. 그리고 유래 데이터를 분석하기 위하여, 버클리 실험실에 기지를 두는 국제적인 에너지 연구 과학적인 계산 센터 (NERSC) 미국 에너지성의 supercomputing 자원을 이용했습니다. 슈퍼컴퓨터의 다발은 주 당 20의 단백질, 년 당 1000 이상 고분자의 데이터를 통해 휘젓 수 있습니다.

결과는 단백질의 모양 그리고 구조물을 결정하기 위하여 이용된 현재 기술과 비교된 위험한 속도로 움직이는 시스템입니다: 엑스레이 결정학과 핵 자기 공명. 최근에, 1 달의 경간에서, 팀은 Pyrococcus furiosus에서 40의 단백질의 구조물, 100°C.에 살 수 있는 현미경 extremophile 해결하기 위하여 시스템을 이용했습니다.

"이것은 엑스레이 결정학을 가진 수년이 걸렸을 것입니다," Hura를 말합니다. "년, 깡통이 걸리기 위하여 이용된 무엇을 지금 취하는 주에게."

Tainer를 채택해, "핵 자기 공명 및 결정학을 우리 지금 현재 구조상 유전체학 처음 노력의 베스트에 의해 장악된 15% 보다는 오히려 대부분의 견본에 해결책에 있는 구조상 정보를, 장악할 수 있습니다 추가합니다. "

버클리 실험실 팀은 청정 에너지 및 그밖 응용의 생산을 위한 음모를 꾸미는 후보자이기 때문에 P. furiosus를 선택했습니다. 그것에는 잠재적인 양자택일 연료인, 수소를 생성하는 통로가 있습니다. 그리고 많은 공업 공정은 높게 산성 및 아주 최신 - 조건 그 P. furiosus 사랑 입니다.

"그것이 이 조건에서 번창하는 것을 허용하는지 유기체의 단백질의 어느 것이 우리가 배울 수 있던 경우에, 그 후에 어쩌면 우리는 에너지 생산에 그(것)들을 적용해서 좋 그밖 응용," Hura를 말합니다.

미래 합성 생물학 노력은 1마리의 세균에게서 단백질의 유용한 단백질 또는 통신망을 취하고, 다른 세균으로 가져오는 관련시킬 수 있습니다. 이것을 하기 위하여는, 과학자는 가져올 필요가 있는지 통신망의 얼마가 배워야 아직도 그것을 그것의 일을 할 수 있어 합니다 달라고 합니다. 이것은 다른 조건의 수백에 있는 개별적인 단백질 분석 요구합니다.

"이것은 우리의 시스템에는 큰 충격이 있을 곳 입니다. 우리는 구조 해석의 이 모형을 수주 안에 해서 좋습니다 결정학을 가진 년과 반대로," Hura를 말합니다.

당연히, 그 같은 속도는 트레이드오프 없이 오지 않습니다. 작은 각 엑스레이 뿌리는에 의하여 것은 대략 10의 옹스트롬의 매우 낮은 해결책에 단백질의 모양이 열매를 산출하는 그러나, 극단적으로 고해상도 심상이 엑스레이 결정학에 의하여 열매를 산출합니다 (1개의 옹스트롬은 밀리미터의 1 10 millionth입니다).

그러나 엑스레이 결정학에 의해 제안된 정보의 수준은 항상 필요하지 않습니다. 때때로, 단순히 1개의 단백질이 또 다른 한개와 모양에서 유사한지 알고 있는 것은 그것의 기능을 배우는 이젠 그만 입니다. 그리고 SAXS는 정밀도에서 해결책지에 있는 단백질의 모양, 집합 및 conformational 변경에 정확한 정보를 제공해서 결여되는 무슨이 만회합니다.

"우리는 더 적은 정보가 있어서 좋 아직도 응답될 필요가 있는 질문에 응답하기 위하여," 그들의 기술이 유전체학 연구의 다음 단계에 안내하는 것을 도울 것이라는 점을 추가하는 Hura를 말합니다. "확인되는 유전자의 수는 거대한 비율로 증가하고 있습니다. 우리는 이것을 와 보조를 맞추고 이 유전자에서 부호 매겨진 모든 단백질에 대해 배울 필요가 있습니다."

Tainer를 추가합니다, "이 파이프라인 우리가 물리학을 결합하고 버클리 실험실 같이 정부 실험실에 가능한."는, 구조상 생물학으로 설계해서 달성해서 좋은 근사한 충격의 보기입니다

beamline 12.3.1에 버클리 실험실의 진행된 광원에 수행된 전문 분야 협력 일은 과학의 암컷 사무실 내의 3개의 분리되는 사무실에 의해 제공된 자원을, 일컬어 SIBYLS (생명 공학을 위한 구조상으로 통합된 생물학), 의지했습니다 (SC). 이 일 자체는 SC의 생물학과 환경 연구 (BER)의 사무실에 의해 부분적으로 지원되었습니다. ALS는 SC의 기본적인 에너지 과학의 사무실에 의해 beamline는 BER에 의해 부분적으로 지원되는 그러나, 지원됩니다. NERSC는 SC의 향상된 과학적인 계산의 사무실에 의해 투자됩니다.

결과의 커뮤니케이션을 원조하기 위하여는, 팀은 각 분석한 견본과 관련되었던 모든 실험적인 세부사항을 보관하는 웹 접근 가능한 데이타베이스, www.Bioisis.net를 만들었습니다.

"그렉 Hura, Angeli Menon, Michal Hammel, 로버트 P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, 프랜시스 Jenney, Scott Classen, 케네스 Frankel, 양을, 조셉 Scott 노래된 jae, 로버트 Hopkins에 의하여 작은 각 엑스레이 뿌리기에 의하여 강력한, 높 처리량 해결책 구조 해석 (SAXS)"는 Bret Dillard, 마이클 아담스, 및 죤 Tainer 전표 성격 방법에서 온라인 7월 20일 간행됩니다.

Last Update: 14. January 2012 02:57

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