Structure-ID teknik kunne skifte kemi til fordrejningshastighed

Arbejde, der tidligere kunne have taget kemikere måneder, kan nu udføres på få minutter.

Ved at bruge en teknik kaldet mikrokrystal elektrondiffraktion, eller MicroED, videnskabsmænd behøver kun 30 minutter og en minimal mængde prøve til at identificere små molekyler og bestemme deres strukturer. En sådan nem adgang til meget detaljerede oplysninger kan revolutionere måden, kemikere, retsmedicinere, og dem, der er involveret i lægemiddelopdagelsesarbejde, siger Howard Hughes Medical Institute (HHMI) efterforsker Tamir Gonen.

Teknikken bruger et standard kryo-elektronmikroskop og kan blive videnskabsmænds go-to procedure til at identificere alt fra produkter fra rutinemæssige kemiske reaktioner til ukendte pulvere på gerningssteder, han siger. "Nu kan kemikere faktisk tage pulvere direkte fra en reaktion, anvende dem på et prøvegitter, og få højopløselige molekylære strukturer samme dag."

Gonens team offentliggjorde strukturerne af 11 små molekyler, bestemt af MicroED, 2. november, 2018 i bladet ACS Central Science . Artiklen bygger på arbejde med små molekyler, som forskerne offentliggjorde tidligere i år og demonstrerer omfanget af MicroED-teknologi, siger Gonen.

Fra pudder til struktur

Gonens idé til det aktuelle projekt kom under frokost med UCLA-kemiker Hosea Nelson. Gonen fortalte ham, at i den indledende udvikling af MicroED, hans laboratorium havde bestemt strukturen af ​​et lille organisk molekyle. Nelson, hvis arbejde som kemiker kredser om små molekyler, "Jeg kunne ikke tro mig, da jeg fortalte ham, at det var ret ligetil, " siger Gonen. Så de to slog sig sammen og besluttede at se, hvor generelt anvendelig MicroED var til kemi og for at advare kemisamfundet om denne teknologi.

Begyndende med en krukke med progesteronpulver, de knuste en lillebitte mængde og deponerede det på et prøvegitter. Derefter, de afkølede det til -196 grader Celsius, overførte det til et kryo-elektronmikroskop, og begyndte at indsamle data. Der gik mindre end 30 minutter fra åbningen af ​​glasset til at se progesteronets struktur, siger Gonen. Hans team testede otte mere kommercielle pulvere og opnåede lignende resultater, selv efter at have blandet flere af dem sammen.

Velvidende at pulverne sandsynligvis alle var blevet krystalliseret under fremstillingen, holdet ønskede at teste forbindelser, der i stedet var nysyntetiseret, og ikke krystalliseret af videnskabsmænd. De blandede fire af disse forbindelser, adskilte dem via en fælles renseteknik, og analyseret dem af MicroED. Teknikken producerede strukturer for to af de fire forbindelser, som havde dannet krystaller spontant. Gonen mener, at de to andre kunne have fungeret, hvis holdet havde prøvet at krystallisere dem først.

Gonen ser ikke røntgenkrystallografi eller andre struktur-identifikationsmetoder forsvinde på et tidspunkt. Nogle prøver vil være mere modtagelige for én metode frem for en anden, og de oplysninger, hver metode giver, varierer på nyttige måder, han siger. Men nu, små molekylers naturlige evne til at danne krystaller kan udnyttes af kemikere på en måde, der ikke tidligere var mulig.

"Dette er et perfekt eksempel på, hvad der sker, når to marker, der normalt ikke taler med hinanden, mødes og krydsbestøver, " siger Gonen.