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Os Cientistas Tornam-se Rapidamente e Maneira Eficaz De Determinar a Estrutura das Proteínas

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Os Cientistas no Ministério de E.U. do Laboratório (DOE) Nacional do Lawrence Berkeley da Energia desenvolveram um rápido e uma maneira eficaz para determinar a estrutura das proteínas, encurtando um processo que tomasse frequentemente anos em uma matéria dos dias.

Greg Hura no beamline das Sibilas na Fonte Luminosa Avançada no Laboratório de Berkeley. O beamline tem duas estações permutáveis da extremidade, uma para o cristalografia macromolecular e uma para a dispersão de Raio X pequena do ângulo (SAXS). Foto: Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley - Roy Kaltschmidt, fotógrafo

O encanamento da proteína da alto-produção poderia permitir que os cientistas expeçam a revelação dos combustíveis biológicos, decifração como os extremophiles prosperam nas circunstâncias que matam a maioria de organismos, e compreendem melhor como as proteínas realizam as funções vitais da vida.

A técnica ajudará cientistas a manter o ritmo com a inundação de dados crescente que provêm dos estudos genomic dos organismos e de amostras ambientais tais como o seawater e o solo. Cada gene novo identificado nestes códigos dos estudos para uma proteína, e a estrutura de cada proteína devem ser caracterizados a fim determinar o que faz. As técnicas estruturais Actuais da caracterização são lentas, contudo, significando proteínas recentemente descobertas e seus muitos complexos mantenha empilhar acima, sua função que permanece um mistério.

“Há um gargalo na genómica estrutural, e nossos endereços do sistema esses,” diz Greg Hura, um cientista na Divisão Física das Ciências Biológicas do Laboratório de Berkeley. Desenvolveu a técnica com John Tainer da Divisão de Ciências da Vida do Laboratório de Berkeley e do Instituto de Investigação de Scripps em La Jolla, CA Michael Adams e outros cientistas da Universidade da Geórgia igualmente contribuída à pesquisa.

Seu trabalho é publicado na edição em linha do 20 de julho dos Métodos da Natureza do jornal.

A equipe desenvolveu o encanamento na Fonte Luminosa Avançada, (ALS) uma facilidade nacional da proteína do usuário situada no Laboratório de Berkeley que gera a luz intensa para a investigação científica. Em um beamline chamado SIBILA, usaram uma técnica chamada a dispersão de raio X pequena do ângulo (SAXS), que pode imagem uma proteína em seu estado natural, tal como dentro uma solução, e em uma definição espacial de aproximadamente 10 ångströms, que seja pequena bastante determinar a forma tridimensional de uma proteína. A luz brilhante gerada pela Fonte Luminosa Avançada minimiza a quantidade de material exigida para cada experiência, que faz a técnica prática para quase toda a biomolécula.

Para maximizar a velocidade, Hura instalou um robô que introduz com pipeta automaticamente amostras da proteína na posição assim que podem ser analisadas pela dispersão de raio X. E para analisar os dados resultantes, usaram os recursos da supercomputação do Ministério de E.U. do Centro De Elaboração Científico da Investigação Energética Nacional da Energia (NERSC), que é baseado no Laboratório de Berkeley. Os conjuntos do super-computador podem agitar com os dados para 20 proteínas pela semana, ou mais de 1000 macromoléculas pelo ano.

O resultado é um sistema que se mova na velocidade vertiginoso comparada às técnicas actuais usadas para determinar a forma e a estrutura das proteínas: cristalografia do raio X e ressonância magnética nuclear. Recentemente, no período de um mês, a equipe usou o sistema para resolver a estrutura de 40 proteínas do furiosus de Pyrococcus, um extremophile microscópico que pudesse viver em 100°C.

“Isto tomaria diversos anos com cristalografia do raio X,” diz Hura. “O Que usado para tomar anos, agora lata toma a semanas.”

Adiciona Tainer, “Nós pode agora obter a informação estrutural na solução na maioria de amostras, um pouco do que os 15 por cento obtidos pelo melhor dos esforços Estruturais actuais da Iniciativa da Genómica empregando a ressonância magnética nuclear e o cristalografia. “

A equipe do Laboratório de Berkeley escolheu o furiosus do P. porque é um candidato intrigante para a produção de energia limpa e de outras aplicações. Tem um caminho que produza o hidrogênio, que é um combustível alternativo potencial. E muitos processos industriais estão altamente ácidos e muito quentes - circunstâncias amores desse furiosus do P.

“Se nós poderíamos aprender quais das proteínas do organismo permitem que prospere nestas circunstâncias, a seguir talvez nós podemos aplicá-las à produção energética e outras aplicações,” diz Hura.

Os esforços sintéticos Futuros da biologia podem envolver tomar uma proteína útil ou uma rede das proteínas de um micróbio, e importá-la em um outro micróbio. A fim fazer este, os cientistas devem aprender quanto da rede precisa de ser importado e ainda mandam-na poder fazer seu trabalho. Isto exige a análise de proteínas individuais nas centenas de circunstâncias diferentes.

“Isto é o lugar onde nosso sistema terá um impacto grande. Nós podemos fazer este tipo de análise estrutural em uma matéria das semanas, ao contrário dos anos com cristalografia,” diz Hura.

Naturalmente, tal velocidade não vem sem trocas. O cristalografia do Raio X rende imagens extremamente de alta resolução, quando a dispersão de raio X pequena do ângulo render a forma de uma proteína em uma definição muito mais baixa de aproximadamente 10 ångströms (um ångström é um dez-milhonésimo de um milímetro).

Mas o nível de informação oferecido pelo cristalografia do raio X não é sempre necessário. Às Vezes, simplesmente saber se uma proteína é similar na forma a outra é bastante para aprender sua função. E SAXS compensa pelo que falta na precisão fornecendo a informações exactas na forma, no conjunto, e nas mudanças conformational das proteínas na solução.

“Nós podemos ter menos informação e para responder ainda às perguntas que precisam de ser respondidas,” diz Hura, adicionando que sua técnica ajudará o arrumador na próxima fase de pesquisa da genómica. “O número de genes que estão sendo identificados está crescendo em uma taxa enorme. Nós precisamos de manter o ritmo com este e de aprendê-lo sobre todas as proteínas codificadas nestes genes.”

Adiciona Tainer, “Este encanamento é um exemplo do impacto que impressionante nós podemos conseguir combinando a física e projetando com biologia estrutural, que é possível em laboratórios do governo como o Laboratório de Berkeley.”

O trabalho multidisciplinar, que foi conduzido na Fonte Luminosa Avançada do Laboratório de Berkeley no beamline 12.3.1, igualmente conhecido como as SIBILAS (Biologia Estrutural Integrada para Ciências da Vida), confiou nos recursos fornecidos por três escritórios separados dentro do Escritório da GAMA da Ciência (SC). Este trabalho próprio foi apoiado na parte pelo Escritório do SC da Pesquisa Biológica e Ambiental (JUJUBA). O ALS está apoiado pelo Escritório do SC de Ciências Básicas da Energia, quando o beamline for apoiado na parte por JUJUBAS. NERSC é financiado pelo Escritório do SC de Computação Científica Avançada.

Para ajudar a uma comunicação dos resultados, a equipe criou uma base de dados Web-acessível, www.Bioisis.net, que arquivasse todos os detalhes experimentais associados com cada amostra analisada.

“As análises estruturais Robustas, da alto-produção da solução pela dispersão de Raio X pequena do ângulo (SAXS)” por Greg Hura, Ângeluss Menon, Michal Hammel, Robert P. Rambo, Farris Poole, Susan Tsutakawa, Francis Jenney, Scott Classen, Kenneth Frankel, Robert Hopkins, Cantado-jae Yang, Joseph Scott, Bret Dillard, Michael Adams, e John Tainer são publicadas o 20 de julho em linha nos Métodos da Natureza do jornal.

Last Update: 13. January 2012 21:08

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