Ssylka

Рентгеновская революция: белки в движении

Долгие десятилетия высокоточные методы визуализации, такие как крио-электронная микроскопия и рентгеновская кристаллография, позволяли изучать статичные структуры белков, тогда как их функциональность напрямую зависит от динамических структурных изменений.
Рентгеновская революция: белки в движении
Изображение носит иллюстративный характер

Учёные из University of Chicago, Argonne National Laboratory и Harvard University совместными усилиями разработали метод, который позволяет получать экспериментальные видео, демонстрирующие изменения в строении белков в режиме реального времени.

Методика Electric‐Field Stimulated Time‑Resolved X‑Ray Crystallography (EFX) сочетает воздействие электрического поля с рентгеновской кристаллографией с высоким временным разрешением, благодаря чему фиксируются последовательные изменения структуры белка. Демонстрационный эксперимент на калиевом канале – клеточной системе, отвечающей за регуляцию транспортировки калиевых ионов – показал, как применение электрического поля инициирует поток ионов, визуально подтверждая динамику процесса за несколько наносекунд и интегрируя знания, накопленные за 25 лет исследований.

Результаты исследования опубликованы в журнале Cell, что подчеркивает научную значимость метода. Новая технология предоставляет возможность наблюдать белковую динамику напрямую, обходя ранее используемые трудоемкие методы, такие как внесение генетических мутаций для управления работой каналов.

Рама Ранганатан, доктор философии, Joseph Regenstein Professor в кафедре биохимии и молекулярной биологии Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago, возглавил данное исследование. Он начал работу по стимулированию движения белков посредством электрического поля ещё в University of Texas SouthweStеrn Medical Center, в 2016 году опубликовал первичные результаты в Nature, а в 2017 году возглавил BioCARS, использующий передовые технологии Advanced Photon Source на Argonne National Laboratory. «Фундаментальная проблема заключалась в том, что раньше не существовало простых методов для наблюдения белков в движении, поскольку они чрезвычайно малы и движутся очень быстро. Будущее структурной биологии — в изучении динамики молекул, и достигнутый результат представляет собой технологию, приближающую нас к этой цели», — отметил он. Доеке Хекстра, доктор философии и ассоциированный профессор молекулярной и клеточной биологии и прикладной физики в Harvard University, продолжил исследования после работы в лаборатории Ранганатана, внесший неоценимый вклад в развитие методики.

В эксперименте кристаллизованный белок помещают в поток рентгеновских лучей, которые, рассеиваясь, образуют характерные узоры, позволяющие восстановить трёхмерную структуру молекулы. Непрерывная фиксация последовательных изображений отражает динамический процесс трансформации белка, образуя «волшебный эксперимент», которого ожидали многие годы.

Особое внимание уделено калиевому каналу, выполнение функции которого критически важно для клеточных процессов. Применение электрического поля активирует канал, вызывая перемещение ионов через его пору, что позволяет зафиксировать и визуализировать динамику процесса в пределах нескольких наносекунд, интегрируя знания, накопленные за десятилетия исследований.

Развитие методики EFX открывает перспективы для интеграции экспериментальных данных с компьютерными моделями в области инженерии белков. Ранаганатан, активно использующий искусственный интеллект в биотехнологической компании Evozyne, сочетает полученные видеоданные с моделями, основанными на миллионов лет эволюционного опыта, с целью создания новых белков для разработки антител при лечении заболеваний и разработки систем для улавливания углерода и сокращения промышленных выбросов. Такой симбиоз экспериментальных наблюдений и вычислительных предсказаний закладывает основу для формирования обширной базы данных, способной значительно повысить точность прогнозирования белковой динамики.


Новое на сайте

19026Станет ли бактериальная система самоуничтожения SPARDA более гибким инструментом... 19025Насколько опасной и грязной была вода в древнейших банях Помпей? 19024Гравитационная ориентация и структура космических плоскостей от земли до сверхскоплений 19023Сколько частей тела и органов можно потерять, чтобы остаться в живых? 19022Зачем Сэм Альтман решил внедрить рекламу в бесплатные версии ChatGPT? 19021Хитроумная маскировка вредоноса GootLoader через тысячи склеенных архивов 19020Удастся ли знаменитому археологу Захи Хавассу найти гробницу Нефертити до ухода на покой? 19019Действительно ли «зомби-клетки» провоцируют самую распространенную форму эпилепсии и... 19018Генетический анализ мумий гепардов из саудовской Аравии открыл путь к возрождению... 19017Вредоносная кампания в Chrome перехватывает управление HR-системами и блокирует... 19016Глубоководные оползни раскрыли историю мегаземлетрясений зоны Каскадия за 7500 лет 19015Насколько глубоки ваши познания об эволюции и происхождении человека? 19014Как уязвимость CodeBreach в AWS CodeBuild могла привести к глобальной атаке через ошибку... 19013Затерянный фрагмент древней плиты пионер меняет карту сейсмических угроз Калифорнии 19012Генетические мутации вызывают слепоту менее чем в 30% случаев вопреки прежним прогнозам