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

18600Как тело человека превращается в почву за 90 дней? 18599Как ваш iPhone может заменить паспорт при внутренних перелетах по США? 18598Мозговой шторм: что происходит, когда мозг отключается от усталости 18597Раскрыта асимметричная форма рождения сверхновой 18596Скидки Ninja: как получить идеальную корочку и сэкономить на доставке 18595Почему работа на нескольких работах становится новой нормой? 18594Записная книжка против нейросети: ценность медленного мышления 18593Растущая брешь в магнитном щите земли 18592Каким образом блокчейн-транзакции стали новым инструментом для кражи криптовалюты? 18591Что скрывается за ростом прибыли The Walt Disney Company? 18590Является ли ИИ-архитектура, имитирующая мозг, недостающим звеном на пути к AGI? 18589Как Operation Endgame нанесла сокрушительный удар по глобальной киберпреступности? 18588Кибервойна на скорости машин: почему защита должна стать автоматической к 2026 году 18587Как одна ошибка в коде открыла для хакеров 54 000 файрволов WatchGuard? 18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm