Happy hour for tidsopløst krystallografi

Forskere fra Department of Atomically Resolved Dynamics ved Max Planck-instituttet for materiens struktur og dynamik (MPSD) ved Center for Free-Electron Laser Science i Hamborg, Universitetet i Hamborg og det europæiske molekylærbiologiske laboratorium (EMBL) i Hamborg har udviklet en ny metode til at se biomolekyler i arbejde. Denne metode forenkler dramatisk start af enzymatiske reaktioner ved at blande en cocktail af små mængder væsker med proteinkrystaller. Bestemmelse af proteinstrukturerne på forskellige tidspunkter efter blanding kan samles til en time-lapse-sekvens, der viser biologiens molekylære grundlag.

Biomolekylernes funktioner bestemmes af deres bevægelser og strukturelle ændringer. Alligevel er det stadig en formidabel udfordring at forstå disse dynamiske bevægelser. En metode, der belyser dem, er tidsopløst røntgenkrystallografi, hvor reaktionen af ​​et biologisk molekyle udløses, og derefter tages snapshots, mens det reagerer. Imidlertid, at udløse disse reaktioner er ekstremt udfordrende, da det normalt involverer lasere og proteinreaktioner, der kan startes af lys.

Den nye 'Liquid Application Method for time-resolved Analyses' (LAMA) overvinder behovet for optiske triggere. Det er skræddersyet til studiet af biologisk relevante reaktionstidsskalaer, som er i størrelsesordenen millisekunder (10 ^-3 ) til sekunder eller endda minutter. Disse tidsskalaer er af særlig interesse for biologer og farmaceutiske forskere, da de ofte afslører de strukturelle ændringer, der er relevante for en bestemt biologisk funktion eller omsætningen af ​​et lægemiddel. Papiret, der beskriver metoden og dens anvendelse, er netop blevet offentliggjort i Naturens metoder .

De meget intense mikrofokuserede røntgenstråler, der er tilgængelige på EMBL beamline P14-2, tillod afhøring af systemet på en millisekunds tidsskala. Vigtigt, den nye 'LAMA'-metode gør hele eksperimentet meget enklere end tidligere tilgange.

For at starte en reaktion, et par picoliter (10 ^-12 liter) af reaktanten blandes med mikrokrystaller af målproteinet. Reaktionssnapshots registreres derefter, efterhånden som enzymet fortsætter med omsætningen af ​​reaktanten. Spændende nok, denne nye metode har et stort potentiale på eksisterende og kommende synkrotronstrålingskilder med høj brilliance, giver mange flere forskere mulighed for at udføre tidsopløste krystallografiske undersøgelser.

'LAMA'-metoden er allerede blevet implementeret som en generelt tilgængelig mulighed ved den nye tidsopløste makromolekylære krystallografi-endestation på EMBL-strålelinjen P14-2 ved PETRA III-synkrotronen ved DESY.

Mange flere vigtige indsigter i biokemiske processer vil komme i stand ved at anvende sådanne banebrydende teknologier. Deres brug vil give os mulighed for at besvare nogle af de mest presserende spørgsmål om vigtige sundheds- eller miljøspørgsmål.