Сегодняшние цифровые фотографии намного более ярки, чем всего несколько лет назад, благодаря непрекращающемуся потоку трансгрессий в оптике, датчиках и программном обеспечении. Подобные трансгрессии также улучшили способность машин, названных криоэлектронными микроскопами (крио-Эмс) для наблюдения Карликового мира атомов и молекул. Теперь, исследователи сообщают, что они создавали самое высокое когда-либо резолюция КРИОИХ изображение, показывая подобную препарату молекулу, связанную с ее целью протеина в почти атомной резолюции.
Резолюция так остра, что она конкурирует с изображениями, произведенными кристаллографией рентгеновских лучей, долго золотой стандарт для картографирования атомных контуров протеинов. Этот новооткрытый успех, вероятно, существенно поможет производителям лекарств проектировать новые лекарства для большого разнообразия условий.“Это представляет новую эру в отображении протеинов в людях с огромными последствиями для дизайна препарата”, говорит Фрэнсис Коллинз, возглавляющий американские Национальные Институты Здоровья в Молитвенном доме, Мэриленд. Коллинз может быть частичным.
Он – босс бригады исследователей от Национального онкологического института (NCI) и Национального Сердца, Легкого и Института Крови, выполнившего работу. Однако, другие соглашаются, что новая работа представляет важный этап. “Это – важный шаг вперед в технологии”, говорит Ва Чю, КРИООНИ структурный биолог в Медицинском колледже Бэйлора в Хьюстоне, Техас. “Это показывает [КРИОИХ], технология здесь”.КРИОИХ долго казался устаревшим — инструмент опытного человека по сравнению с современными электроприборами структурной биологии. Два главных электроприбора, кристаллография рентгеновских лучей и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (NMR), позволяют исследователям придавить положение особенностей протеина меньше чем к 0,2 миллимикронам, достаточно хорошим для наблюдения отдельных атомов.
В отличие от этого, КРИОИХ долго ограничивался резолюцией 0,5 нм или больше.КРИОИХ работает путем увольнения луча электронов в тонкой пленке, содержащей бесчисленные копии протеина, немедленно замороженные на месте путем погружения их в жидком азоте. Датчики отслеживают способ, которым электроны рассеиваются от различных атомов в протеине. Когда изображение взято, протеины усыпаны о в случайных ориентациях.
Таким образом, исследователи используют программное обеспечение отображения, чтобы сделать две вещи; во-первых, они выравнивают свои изображения отдельных протеинов в общую ориентацию. Затем они используют данные о рассеивании электрона для восстановления наиболее вероятного положения аминокислот всего протеина и — если возможный — его атомы.КРИОИХ был вокруг в течение многих десятилетий.
Но до недавнего времени его решение даже не было близко к кристаллографии и NMR. “Мы раньше назывались областью капли-ology”, говорит Срирэм Сабраманиэм, КРИООНИ структурный биолог в NCI, приведший текущий проект. Но устойчивые улучшения образующих электронного луча, датчиков и аналитического программного обеспечения отображения медленно помогали КРИОИМ медленно двинуться ближе к методам электростанции. Ранее в этом году, например, две группы исследователей ломали оценку 0.3-nm-resolution, достаточно для получения достойного представления пистолетов отдельных аминокислот двух протеинов. Однако, много детали по изображениям осталось нечетким.
Для их текущего исследования Сабраманиэм и его коллеги стремились очистить их изображения? – галактозидаза, протеин они изображенный в прошлом году в резолюции 0,33 нм. Протеин служит хорошим прецедентом, Сабраманиэм говорит, потому что исследователи могут сравнить свои изображения с существующими структурами рентгеновских лучей для проверки их точности. Сабраманиэм добавляет, что текущая трансгрессия была больше продуктом кропотливых обработок ко множеству методов — включая процедуры очистки протеина, гарантирующие, что каждая копия протеина идентична и улучшения программного обеспечения, позволяющие исследователям лучше выравнивать свои изображения. Сабраманиэм и его коллеги использовали приблизительно 40 000 отдельных изображений для соединения заключительной формы их молекулы.
Они сообщают онлайн сегодня в Науке, что эти обработки позволили им производить КРИОИХ изображение? – галактозидаза в резолюции 0,22 нм, достаточно не совсем острых для наблюдения отдельных атомов, но достаточно ясный видеть молекулы воды, связывающие с протеином в пятнах, критически важных по отношению к функции молекулы.Тот уровень детали равен разрешению многих структур с помощью кристаллографии рентгеновских лучей, говорит Чю.
Это жизненно важно, он добавляет, потому что для кристаллографии рентгеновских лучей для работы исследователи должны создать миллионы идентичных копий протеина и затем уговорить их для выравнивания в точно той же ориентации, как они укрепляются в кристалл. Но много протеинов сопротивляются падению в линии, лишая возможности определять их структуру рентгеновских лучей.
Спектроскопия NMR не требует кристаллов, но она работает только над маленькими протеинами. КРИОИХ представляет лучший из обоих миров: Это может работать с крупными протеинами, но это не требует кристаллов.
В результате новые трансгрессии могли помочь структурным биологам нанести на карту огромное количество новых протеинов, которые они никогда не наносили на карту прежде, говорит Чю. Это, в свою очередь, могло помочь разработчикам препарата проектировать новые наркотики для множества условий, связанных с различными протеинами.
Но одна вещь, которую уже показал метод, совершенно прозрачна, что в отображении, а также биологии, медленные, эволюционные трансгрессии в течение долгого времени могут приводить к большим результатам.