Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanoanalysis

Berkeley Lab Forskere Reveal Sti til protein krystallisering

Published on September 22, 2010 at 8:47 PM

Ved at samle en krystallinsk kuvert omkring en celle, proteiner overflade-lag (S-layer) tjene som det første kontaktpunkt mellem bakterier, extremophiles og andre typer af mikrober og deres miljø.

Nu er forskere ved Molekylær Foundry, en nanoscience bruger facilitet på Berkeley Lab har brugt atomic force mikroskopi til billede i realtid, hvordan S-lag proteiner danne krystaller i en celle-lignende miljø. Denne direkte observation af protein forsamling kan give forskere med indsigt i, hvordan mikroorganismerne afværge antibiotika eller lås kuldioxid i mineraler.

(Fra venstre) Sungwook Chung, Seong-Ho Shin, James DeYoreo og Carolyn Bertozzi med Berkeley Lab Molekylær Foundry, har brugt atomic force mikroskopi at studere, hvordan bakteriel overflade-lag proteiner danne krystaller i en celle-lignende miljø. (Foto af Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs).

"Mange proteiner selv samle ind meget ordnede strukturer, der giver organismer med kritiske funktioner, såsom celle adhæsion til overflader, omdannelsen af ​​CO2 i mineraler, spredning af sygdommen, og medicinresistens," sagde James DeYoreo, vicedirektør i Molekylær Foundry. "Dette arbejde er den første til at give en direkte molekylært niveau udsigt over forsamlingen vej in vitro. Når denne viden kan udvides til montering i et levende system, kan det føre til strategier for aktivering på eller forstyrrende ind i disse funktioner. "

Optrevling vejen for S-layer formation giver forskerne at undersøge, hvordan bakterier eller andre mikroorganismer forhandle interaktion med deres miljø. DeYoreo og kolleger ansat in situ atomic force mikroskopi-en probe teknik, der bruges til at studere en krystal overflade i dens naturlige omgivelser med atomar præcision, for at se S-lag proteiner samle fra løsning på en flad, biologisk membran kaldes en lipid tolagede. I modsætning til klassiske krystal vækst, hvor atomer form i beordrede 'frø' og vokse i størrelse, viste holdet S-lag proteiner danner ustrukturerede klatter på dobbeltlag før omdanne sig til en krystallinsk struktur i løbet af få minutter.

"Vi kan faktisk se disse proteiner fra løsning stikning og arrangere på lipid dobbeltlag, hvor de spontant kondensere til mange protein klatter-så minutter senere, de forvandle sig til en krystallinsk struktur med et firkantet gitter af tetramers," sagde Sungwook Chung, et personale forsker i Fysisk Biosciences Division og brugeren ved Molekylær Foundry. "Dette er en vigtig opdagelse, da det giver direkte bevis for en multi-trins montage vej med et mellemliggende, amorf fase danner før folde sig til en to-dimensionel, krystallinsk array."

Foundry post-ph.d.-forsker Seong-Ho Shin, der arbejder med Foundry direktør Carolyn Bertozzi, siger at forstå, hvordan S-lag interagerer med deres omgivelser kunne hjælpe ved at anerkende, hvordan organismer modstå antibakterielle stoffer, eller hvordan mikrober vende kuldioxid i fast karbonater. Blandt de første protein strukturer, der skal bruges til at organisere nanostrukturer, er S-lag også attraktiv stillads skabelon materialer til dyrkning eller organisere nanotråde eller kvantepunkter.

I en undersøgelse er inspireret af dette arbejde, brugte Foundry personale forsker Steve Whitelam computermodeller til at undersøge krystallisering veje model S-lag proteiner. Som model proteiner støder på hinanden, kan de holde sammen i enhver vinkel, hvor de kolliderer (medieret af ikke-specifikke interaktion), eller binde i den rigtige retning for at danne en krystal (medieret af retningsbestemt interaktioner).

Ved at justere disse interaktioner, identificeret Whitelam parameter regimer, inden for hvilken ustrukturerede klatter af proteiner form, før krystallisation. Søgning gennem parameter rummet, fandt han krystaller danner ofte mere pålideligt, hvis model proteiner interagerede retningsbestemt og nonspecifically, snarere end gennem retningsbestemt samspil alene. Hvad mere er, tilføjer han, disse fund kan gælde for forskellige former for materialer.

"Mange biologiske og uorganiske materialer samle og krystallisere ved mellemliggende faser, som ofte er amorfe," sagde Whitelam, der er i Foundry teori af nanostrukturerede materialer Facility. "Udvikling af en molekylær model af krystallisering i et bestemt system hjælper os til at forstå mekanismerne i krystallisering i almindelighed."

To papirer rapportere denne forskning med titlen "Self-katalyserede vækst af S-lag via en amorf-til-krystallinsk overgang begrænset af folde kinetik," (Chung, Shin, Bertozzi, DeYoreo), der optræder i Proceedings of National Academy of Sciences, og " Styring af veje og udbytte af protein krystallisering gennem samspillet mellem uspecifikke og specifikke attraktioner, "(Whitelam), der optræder i Physical Review Letters, er tilgængelige online på (http://www.pnas.org/content/early/2010/09/ 01/1008280107) og (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i8/e088102)

Disse arbejder blev udført på Molekylær Foundry og støttet af DOE Office of Science.

Last Update: 6. October 2011 19:24

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