Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

Научные Работники Превращаются Быстро и Эффективный Способ Определить Структуру Протеинов

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

Научные Работники на Министерстве Энергетики США Лаборатория (DOE) Лоренса Беркли Национальная начинали быструю и эффективный способ для того чтобы определить структуру протеинов, сокращая процесс который часто принимает леты в дело дней.

Грег Hura на beamline Сивилл на Предварительном Источнике Света на Лаборатории Беркли. Beamline имеет 2 заменимых станции конца, одной для макромолекулярной кристаллографии и одного для малоугольный разбрасывать Рентгеновского Снимка (SAXS). Фото: Лаборатория Лоренса Беркли Национальная - Roy Kaltschmidt, фотограф

Трубопровод протеина высок-объём смог позволить научным работникам ускорить развитие биотоплив, decipher как extremophiles преуспевют в условиях которые убивают большинств организмы, и более лучше понимают как протеины уносят функции жизни существенные.

Метод поможет научным работникам держать побежку с растущим потоком данных запруживая от genomic изучений организмов и относящих к окружающей среде образцов как морская вода и почва. Каждый новый ген определенный в этих Кодах изучений для протеина, и структуру каждого протеина необходимо характеризовать для того чтобы определить чего она делает. Настоящие структурные методы характеризации медленны, однако, заново открынные протеины и их много комплексов держите сложить вверх, их функция оставая тайной.

«Bottleneck в структурной геномике, и наши адреса системы те,» говорит Грег Hura, научный работник в Разделении Биологических наук Лаборатории Беркли Физическом. Он начал метод с Джном Tainer Разделения Наук о Жизни Лаборатории Беркли и Научно-исследовательского Института Scripps в La Jolla, CA. Майкл Адамсом и другими научными работниками от Университета Грузии также способствованного к исследованию.

Их работа опубликована в варианте 20-ое июля он-лайн Методов Природы журнала.

Команда начала трубопровод протеина на Предварительном Источнике Света (ALS), национальном средстве пользователя расположенном на Лаборатории Беркли которая производит интенсивный свет для научного исследования. На вызванном beamline СИВИЛЛОЙ, они использовали вызванный метод малоугольный разбрасывать рентгеновского снимка (SAXS), который может изображение протеин в своем естественном состоянии, как внутри разрешение, и на пространственном разрешении около 10 ангстромов, которое мало достаточно для того чтобы определить форму протеина трехмерную. Гениальный свет произведенный Предварительным Источником Света уменьшает количество материала необходим для каждого опыта, который делает метод практически для почти любой биомолекулы.

Для того чтобы увеличить скорость, Hura установило робот что автоматически капает образцы из пипетки протеина в положение поэтому они могут быть проанализированы разбрасывать рентгеновского снимка. И проанализировать приводя к данные, они использовали ресурсы супервычислительного Министерства Энергетики США Центр Энергитических Разработок Национальный Научный Вычисляя (NERSC), который основан на Лаборатории Беркли. Группы суперкомпьютера могут сбивать через данные для 20 протеинов в неделю, или больше чем 1000 макромолекул в год.

Результат система которая двигает на головокружительной скорости сравнено к настоящим методам используемым для того чтобы определить форму и структуру протеинов: кристаллография и ядерный магнитный резонанс рентгеновского снимка. Недавно, в пяди одного месяца, команда использовала систему для того чтобы разрешить структуру 40 протеинов от furiosus Pyrococcus, микроскопическое extremophile которое может жить на 100°C.

«Это приняло бы несколько лет с кристаллографией рентгеновского снимка,» говорит Hura. «Чего используемое для того чтобы принять леты, теперь чонсервную банку принимает неделям.»

Добавляет Tainer, «Мы смогите теперь получить структурную информацию в разрешении на большинств образцах, вернее чем 15 процентов полученных самое лучшее усилий настоящей Структурной Геномики Инициативных используя ядерный магнитный резонанс и кристаллографию. «

Команда Лаборатории Беркли выбрала furiosus P. потому что это интригуя выбранный для продукции экологически чистой энергии и других применений. Она имеет тропа которое производит водопод, который потенциальное альтернативное топливо. И много промышленных процессов сильно кислотны и очень горячи - условия влюбленности того furiosus P.

«Если мы смогли выучить, то что из протеинов организма позволяет им преуспевть в этих условиях, тогда возможно мы можем приложить их к производству энергии и другие применения,» говорит Hura.

Будущие синтетические усилия биологии могут включить принять полезный протеин или сеть протеинов от одного микроба, и импортировать его в другой микроб. Для того чтобы сделать это, научные работники должны выучить насколько из сети нужно быть импортированным и все еще имеют ее мочь сделать свою работу. Это требует анализировать индивидуальные протеины в сотниах различных условий.

«Это где наша система будет иметь большой удар. Мы можем сделать этот тип структурного анализа в деле недель, в отличие от лет с кристаллографией,» говорит Hura.

Конечно, такая скорость не приходит без уступок. Кристаллография Рентгеновского Снимка производит весьма изображения высок-разрешения, пока малоугольно выходы рассеяния рентгеновского снимка форма протеина на гораздо низкее разрешении около 10 ангстромов (один ангстром одно 10-миллионный из миллиметра).

Но уровень информации предложенный кристаллографией рентгеновского снимка всегда не необходим. Иногда, просто знать если один протеин подобен в форме к другим, то достаточно для того чтобы выучить свою функцию. И SAXS компенсирует чем оно нуждается в точности путем обеспечивать точную информацию на форме, агрегате, и conformational изменениях протеинов в разрешении.

«Мы можем иметь меньше информации и все еще ответить вопросы которым нужно быть отвеченным,» говорит Hura, добавляя что их метод поможет ввести в ближайшем этапе исследования геномики. «Число будучи определянным генов растет на огромном тарифе. Нам нужно держать побежку с этим и учить о всех зашифрованных протеинах в этих генах.»

Добавляет Tainer, «Этот трубопровод пример сногсшибательного удара мы можем достигнуть путем совмещать физику и проектировать с структурной биологией, которая возможна на лабораториях правительства как Лаборатория Беркли.»

Multidisciplinary работа, которая была дирижирована на Источнике Света Лаборатории Беркли Выдвинутом на beamline 12.3.1, также известном как СИВИЛЛЫ (Структурно Интегрированные Науки Биологии на всю жизнь), положилась на ресурсах обеспеченных 3 отдельно офисами внутри Офис ЛАНИ Науки (SC). Эта работа сама была поддержана в части Офисом SC Биологического и Относящого К Окружающей Среде Исследования (BER). ALS поддержан Офисом SC Основных Наук Энергии, пока beamline поддержано в части BER. NERSC фондировано Офисом SC Предварительный Научный Вычислять.

Для помощи сообщения результатов, команда создала сет-доступную базу данных, www.Bioisis.net, которая помещает все экспириментально детали в архив связанные с каждым проанализированным образцом.

«Структурные анализы Робастных, высок-объём разрешения малоугольный разбрасывать Рентгеновского Снимка (SAXS)» Грегом Hura, Angeli Menon, Michal Hammel, Робертом P. Rambo, Farris Poole, Сьюзаном Tsutakawa, Фрэнсисом Jenney, Скоттом Classen, Кеннетом Frankel, Робертом Hopkins, Спетым-jae Yang, Иосиф Скотт, Bret Dillard, Майкл Адамс, и Джон Tainer опубликованы он-лайн 20-ое июля в Методах Природы журнала.

Last Update: 14. January 2012 00:38

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