Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

De Wetenschappers Ontwikkelen Snelle en Efficiënte Manier om de Structuur van Proteïnen Te Bepalen

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

De Wetenschappers bij het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley (DOE) van het Ministerie van de V.S. van Energie hebben een snelle en efficiënte manier ontwikkeld om de structuur van proteïnen te bepalen, verkortend een proces dat vaak jaren in een kwestie van dagen vergt.

Greg Hura bij beamline van Sibilles bij de Geavanceerde Lichtbron bij het Laboratorium van Berkeley. Beamline heeft twee verwisselbare eindposten, voor macromolecular kristallografie en voor zich het kleine verspreiden van de hoekRöntgenstraal (SAXS). Foto: Het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley - Roy Kaltschmidt, fotograaf

De hoog-productie eiwitpijpleiding kon wetenschappers toestaan om de ontwikkeling van biofuels te bevorderen, ontcijferen hoe extremophiles in voorwaarden dat doden de meeste organismen, bloei en beter begrijp hoe de proteïnen de levensfuncties van het leven uitvoeren.

De techniek zal helpen wetenschappers tempo met de het groeien vloed van gegevens houden die uit genomic studies van organismen en milieusteekproeven zoals zeewater en grond stammen. Elk nieuw die gen in deze studiescodes wordt geïdentificeerd voor een proteïne, en structuur van elke proteïne moeten worden gekenmerkt om te bepalen wat het doet. De Huidige structurele karakteriseringstechnieken zijn langzaam, echter, betekenend onlangs ontdekte proteïnen en hun vele complexen houden omhoog opstapelend, hun functie die een geheim blijven.

„Er zijn een knelpunt in structurele genomica, en onze dat systeemadressen,“ zegt Greg Hura, een wetenschapper in Afdeling van de Biologische Wetenschappen van het Laboratorium van Berkeley de Fysieke. Hij ontwikkelde de techniek met John Tainer van de Afdeling van de Wetenschappen van het Leven van het Laboratorium van Berkeley en het Onderzoekinstituut van Scripps in La Jolla, CA. Michael Adams en andere die wetenschappers van de Universiteit van Georgië ook tot het onderzoek wordt bijgedragen.

Hun werk wordt gepubliceerd in 20 Juli online uitgave van de Methodes van de dagboekAard.

Het team ontwikkelde de eiwitpijpleiding bij de Geavanceerde Lichtbron (ALS), een nationale die gebruikersfaciliteit bij het Laboratorium van Berkeley wordt gevestigd dat intens licht voor wetenschappelijk onderzoek produceert. Bij een beamline genoemd SIBILLES, gebruikten zij een techniek genoemd kleine hoek het x-ray verspreiden zich (SAXS), die beeld een proteïne in zijn natuurlijke staat, zoals in een oplossing, en bij een ruimteresolutie van ongeveer 10 ångström kan, die genoeg klein is om de driedimensionele vorm van een proteïne te bepalen. Het briljante die licht door de Geavanceerde die Lichtbron wordt geproduceerd minimaliseert de hoeveelheid materiaal voor elk experiment wordt vereist, dat de techniek voor bijna om het even welke biomolecule praktisch maakt.

Om snelheid te maximaliseren, installeerde Hura een robot die automatisch eiwitsteekproeven in positie pipettes zodat zij kan door zich x-ray te verspreiden worden geanalyseerd. En om de resulterende gegevens te analyseren, gebruikten zij de supercomputing middelen van het Centrum van het Onderzoek Op Energiegebied van het Ministerie van de V.S. van Energie Nationale Wetenschappelijke Gegevens Verwerkende (NERSC), dat bij het Laboratorium van Berkeley gebaseerd is. De clusters van de supercomputer kunnen door gegevens voor 20 proteïnen per week, of meer dan 1000 macromoleculen per jaar roeren.

Het resultaat is een systeem dat zich bij halsbrekende snelheid in vergelijking met huidige die technieken beweegt worden gebruikt om de vorm en de structuur van proteïnen te bepalen: x-ray kristallografie en nuclear magnetic resonance. Onlangs, in de spanwijdte van één maand, gebruikte het team het systeem om de structuur van 40 proteïnen van Pyrococcus furiosus, microscopische extremophile op te lossen die bij 100°C. kan leven.

„Dit zou verscheidene jaren met x-ray kristallografie gevergd hebben,“ zegt Hura. „Wat gebruikte om jaren te vergen, nu kan vergt weken.“

Voegt Tainer toe, „Wij kunnen structurele informatie nu verkrijgen in oplossing over de meeste steekproeven, eerder dan de 15 die percenten door het beste van de huidige Structurele inspanningen van het Initiatief van de Genomica aanwendend worden verkregen nuclear magnetic resonance en kristallografie. „

Het team van het Laboratorium van Berkeley koos furiosus van P. omdat het een intrigerende kandidaat voor de productie van schone energie en andere toepassingen is. Het heeft een weg die waterstof produceert, die een potentiële alternatieve brandstof is. En vele industriële processen zijn hoogst zuurrijk en zeer heet - voorwaarden dat furiosusliefdes van P.

„Als wij konden leren welke van de proteïnen van het organisme het om in deze voorwaarden toestaan te bloeien, dan misschien kunnen wij hen op energieproductie toepassen en andere toepassingen,“ zegt Hura.

De Toekomstige synthetische biologieinspanningen kunnen het nemen van een nuttige proteïne of een netwerk van proteïnen van één microbe, en het invoeren van het in een andere microbe impliceren. om dit te doen moeten de wetenschappers leren hoeveel van het netwerk moet worden ingevoerd en nog het hebben zijn werk kunnen doen. Dit vereist analyserend individuele proteïnen in honderden verschillende voorwaarden.

„Dit is waar ons systeem een grote invloed zal hebben. Wij kunnen dit type van structurele analyse in een kwestie van weken, in tegenstelling tot jaren met kristallografie maken,“ zegt Hura.

Natuurlijk, komt dergelijke snelheid niet zonder inruil. De kristallografie van de Röntgenstraal brengt uiterst high-resolution beelden op, terwijl klein hengelt x-ray verspreidende opbrengsten de vorm van een proteïne bij een veel lagere resolutie van ongeveer 10 ångström (één ångström is één tien-miljoenste van een millimeter).

Maar het niveau van informatie door x-ray kristallografie wordt aangeboden die is niet altijd noodzakelijk. Soms, is eenvoudig het weten van of is één proteïne gelijkaardig in vorm aan een andere genoeg om zijn functie te leren. En SAXS maakt wat goed het in precisie door nauwkeurige informatie te verstrekken over de vorm, de assemblage, en conformational veranderingen van proteïnen in oplossing niet heeft.

„Wij kunnen minder informatie hebben en nog de vragen beantwoorden die moeten worden beantwoord,“ zeggen Hura, toevoegend dat hun techniek zal helpen de volgende fase van genomicaonderzoek inluiden. Het „aantal die genen groeit aan een reusachtig tarief worden geïdentificeerd. Wij moeten tempo met dit houden en over alle die proteïnen leren in deze genen worden gecodeerd.“

Voegt Tainer toe, „Deze pijpleiding is een voorbeeld van het overweldigende effect wij kunnen bereiken door fysica en techniek met structurele biologie te combineren, die bij overheidslaboratoria zoals het Laboratorium van Berkeley.“ mogelijk is

Het multidisciplinaire werk, dat bij Lichtbron van het Laboratorium van Berkeley de Geavanceerde die Bij beamline 12.3.1 werd geleid, als SIBILLES (Structureel Geïntegreerde die ook Biologie voor de Wetenschappen van het Leven) wordt bekend, dode op middelen een beroep door drie afzonderlijke bureaus binnen het Bureau van DOE van Wetenschap worden verstrekt (SC). Dit werk zelf werd gesteund voor een deel door het Bureau van SC van Biologisch en MilieuOnderzoek (BER). ALS wordt gesteund door het Bureau van SC van de BasisWetenschappen van de Energie, terwijl beamline voor een deel door BER wordt gesteund. NERSC wordt gefinancierd door het Bureau van SC van Geavanceerde Wetenschappelijke Gegevensverwerking.

Om mededeling van resultaten te helpen, creeerde het team een Web-toegankelijk gegevensbestand, www.Bioisis.net, dat alle experimentele details verbonden aan elke geanalyseerde steekproef archiveert.

De „Robuuste, structurele analyses van de hoog-productieoplossing door kleine hoekRöntgenstraal die (SAXS) wordt“ verspreiden zich door Greg Hura, Angeli Menon, Michal Hammel, Robert P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francis Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Robert Hopkins, Gezongen -zingen-jae Yang, Joseph Scott, Bret Dillard, Michael Adams, en John Tainer gepubliceerd online 20 Juli in de Methodes van de dagboekAard.

Last Update: 14. January 2012 00:57

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