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科學家開發快速和有效方法確定蛋白質結構

Published on July 20, 2009 at 10:10 PM

美國能源部的科學家 (DOE)勞倫斯伯克利國家實驗室開發了快速和有效方法確定蛋白質結構,縮短經常需要幾年到幾天問題的進程。

女巫 beamline 的格雷戈 Hura在伯克利實驗室的先進的光源。 beamline 有二個可互換的末端崗位,一大分子結晶學的和一小角度 X-射線分散的 (SAXS)。 照片: 勞倫斯伯克利國家實驗室 - 羅伊 Kaltschmidt,攝影師

高處理量蛋白質傳遞途徑可能允許科學家加快生物燃料的發展,解密 extremophiles 如何在殺害多數有機體的情況興旺和更好知道蛋白質如何執行生活的重要功能。

這個技術將幫助科學家跟上源於有機體和環境範例的基因組研究生長數據泛濫例如海水和土壤。 必須分析用蛋白質的這些研究編碼識別的每個新的基因和每蛋白質結構為了確定什麼它。 當前結構上的描述特性技術是慢的,然而,意味最近被發現的蛋白質和他們的許多複雜请繼續堆,依然是他們的功能奧秘。

「有在結構上的染色體組的一個瓶頸,并且該我們的系統的地址」,一位科學家說格雷戈 Hura,伯克利實驗室的實際生物科學分部的。 他在 La Jolla 開發了與伯克利實驗室的生命科學分部和 Scripps 研究所的約翰 Tainer, CA. 邁克爾亞當斯和其他科學家的技術從佐治亞大學也造成這個研究。

他們的工作在日記帳本質方法的 7月 20日在線編輯被發布。

這個小組開發了蛋白質傳遞途徑在先進的光源 (ALS),國家用戶設備位於生成科學研究的強烈的光的伯克利實驗室。 在稱 SIBYLS 的 beamline,他們使用了叫的一個技術小角度 X-射線分散 (SAXS),能圖像蛋白質在其自然狀態,例如解決方法和在大約 10 埃一個空間分辨率,是足够小的確定蛋白質的三維形狀。 先進的光源生成的精采光使對於每個實驗材料減到最小是必需的相當數量,使技術實用的幾乎所有原生質。

要最大化速度, Hura 安裝一個機器人自動地吸取蛋白質範例到位置,因此他們可以被 X-射線分散分析。 并且分析發生的數據,他們使用了美國能源部的超級計算資源國家能源研究科學計算中心 (NERSC),在伯克利實驗室根據。 巨型計算機的字符串可能通過數據攪動為每個星期 20 蛋白質或者超過每年 1000 個大分子。

這個結果是移動以危險的速度與用於的當前技術比較確定蛋白質形狀和結構的系統: X-射線結晶學和核磁反應。 最近,在一個月範圍,這個小組使用這個系統解決 40 蛋白質結構從 Pyrococcus furiosus 的,可能居住在 100°C. 的一微觀 extremophile。

「這將需要與 X-射線結晶學的幾年」, Hura 說。 「用於的什麼需要幾年,罐頭現在採取幾星期」。

添加 Tainer, 「能現在得到在解決方法的結構信息在多數範例,而不是 15% 得到由當前結構上的染色體組的主動的工作成績的最好使用核磁反應和結晶學的我們。 「

因為它是清明節和其他應用的生產的,一名迷人的候選人伯克利實驗室小組選擇了 P. furiosus。 它有生產氫,是一種潛在的代用燃料的一條路。 并且許多工業生產方法是高度酸性和非常熱的 - 情況該 P. furiosus 愛。

「如果我們可能瞭解哪些有機體的蛋白質在這些情況允許它興旺,然後我們可以可能適用他們於發電,并且其他應用」, Hura 說。

將來的綜合生物工作成績可能介入採取有用的蛋白質或蛋白質網絡從一微生物的和導入它到另一微生物。 為了執行此,科學家必須瞭解需要導入多少這個網絡和仍然安排它能做其工作。 這要求分析在數百的各自的蛋白質不同的情況。

「這是我們的系統將有大影響的地方。 我們可以幾星期執行此種結構分析,與與結晶學的幾年相對」, Hura 說。

當然,這樣速度不來沒有折衷方案。 X-射線結晶學產生非常高分辨率圖像,而小角度 X-射線分散產生蛋白質的形狀在一低分辨率大約 10 埃 (一埃是十百萬分之一分之一一毫米)。

但是 X-射線結晶學提供的信息的級別總是不是必要的。 有時,知道一蛋白質是否類似於在形狀別的是瞭解其功能的足够。 并且 SAXS 補償什麼它在精確度缺乏通過提供準確信息在蛋白質的形狀、裝配和構像的變化在解決方法上。

「我們可以有較少信息,并且仍然回答需要被回答的問題」, Hura 說,補充說,他們的技術將幫助在下階段染色體組的研究內迎接。 「被識別的基因的數量增長以一種巨大的費率。 我們需要跟上此和得知在這些基因輸入的所有蛋白質」。

添加 Tainer, 「此傳遞途徑是我們可以通過結合物理和設計達到與結構上的生物,是可能的在像伯克利實驗室的政府實驗室驚人的影響的示例」。

多重學科的工作,亦稱進行在 beamline 12.3.1 的伯克利實驗室的提前的光源,女巫 (生命科學的結構上集成的生物),依靠在科學母鹿辦公室的內三個不同辦公室提供的資源 (SC)。 一部分支持此工作由生物和環境研究 (誤碼率) SC 的辦公室。 而一部分支持 beamline 由誤碼率, ALS 由基本的能源科學 SC 的辦公室支持。 NERSC 由先進科學計算 SC 的辦公室資助。

要幫助結果的通信,小組創建一個萬維網可訪問的數據庫, www.Bioisis.net,存檔所有實驗詳細資料與每個被分析的範例相關。

「穩健,高處理量解決方法結構分析通過小角度 X-射線分散 (SAXS)」由格雷戈 Hura, Angeli Menon,米哈拉 Hammel,羅伯特 P. Rambo, Farris Poole,蘇珊 Tsutakawa,弗朗西斯 Jenney,斯科特 Classen,肯尼斯 Frankel,羅伯特 Hopkins,被唱jae 楊,約瑟夫斯科特, Bret Dillard,邁克爾亞當斯和約翰 Tainer 被發布在日記帳本質方法的在線 7月 20日。

Last Update: 24. January 2012 22:03

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