الخميس، 30 يوليو 2015

المجاهر الإلكترونية على مقربة من تصوير الذرات الفردية

المجاهر الإلكترونية على مقربة من تصوير الذرات الفردية

هذه الصورة المركبة من البروتين β غالاكتوزيداز يبين تطور القدرة البرد EM لحل ميزات البروتين من مجرد النقط (يسار) قبل بضع سنوات إلى متناهية الصغر قرار 0.22 نانومتر اليوم (يمين).
فيرونيكا FALCONIERI / سوبرامانيام مختبر / CCR / NCI / NIH
هذه الصورة المركبة من البروتين β غالاكتوزيداز يبين تطور القدرة البرد EM لحل ميزات البروتين من مجرد النقط ( اليسار ) قبل بضع سنوات إلى متناهية الصغر قرار 0.22 نانومتر اليوم ( الحق ).

المجاهر الإلكترونية على مقربة من تصوير الذرات الفردية


الكاتب الموظفين
الصور الرقمية اليوم هي أكثر وضوحا بكثير مما كانت عليه قبل بضع سنوات، وذلك بفضل وجود تدفق مستمر من التقدم في مجال البصريات، كشف، والبرمجيات. ارتفاعات مماثلة كما تحسنت قدرة الآلات التي تسمى المجهر البرد الإلكترون (البرد EMS) لرؤية العالم قزم من الذرات والجزيئات.الآن، باحثون أنهم قد أنشأت أعلى من أي وقت مضى صورة قرار البرد EM، وكشف عن جزيء druglike بد أن الهدف من البروتين في قرار الذري القريب. القرار هو حاد بحيث تنافس الصور التي تنتجها البلورات بالأشعة السينية، طويلة المعيار الذهبي لرسم معالم الذرية من البروتينات. ومن المرجح أن يساعد بشكل كبير على شركات الادوية تصميم الأدوية الجديدة لمجموعة واسعة من ظروف هذا النجاح المكتشف حديثا.
"وهذا يمثل حقبة جديدة في مجال التصوير من البروتينات في البشر مع آثار هائلة للتصميم الأدوية"، ويقول فرانسيس كولينز، الذي يرأس المعاهد الوطنية الأميركية للصحة في بيثيسدا بولاية ماريلاند. كولينز قد يكون جزئيا. انه مدرب للفريق من الباحثين من المعهد الوطني للسرطان (NCI) والوطني للقلب والرئة والدم المعهد التي نفذت العمل. لا يزال، والبعض الآخر على أن العمل الجديد يمثل معلما هاما. واضاف "انها تقدم كبير في التكنولوجيا"، ويقول واه تشيو، وهو عالم أحياء الهيكلي البرد EM في كلية بايلور للطب في هيوستن، تكساس. "هذا يظهر [البرد EM] التكنولوجيا هنا."
وقد بدا البرد EM طويلة وراء-لأوقات أداة اليد القديمة مقارنة مع الأدوات الكهربائية الحديثة في علم الأحياء الهيكلي. وهما أدوات السلطة الرئيسية، البلورات بالأشعة السينية والرنين المغناطيسي النووي (NMR) الطيفي، تمكن الباحثون ان أحدد موقف من الميزات البروتين إلى أقل من 0.2 نانومتر، جيدة بما فيه الكفاية لرؤية الذرات الفردية. على النقيض من ذلك، البرد EM منذ فترة طويلة تقتصر على قرار من 0.5 نانومتر أو أكثر.
البرد EM يعمل عن طريق إطلاق شعاع من الإلكترونات في طبقة رقيقة تحتوي على نسخ لا تعد ولا تحصى من البروتين التي تم تجميدها على الفور في المكان مما يدفعهم في النيتروجين السائل. كشف تتبع الطريقة التي الإلكترونات مبعثر من ذرات مختلفة في البروتين. عندما يتم أخذ صورة، تتناثر البروتينات عنها في التوجهات العشوائية. وذلك باستخدام الباحثين برامج التصوير لتفعل شيئين؛ أولا، أنها محاذاة الصور الخاصة بهم من البروتينات الفردية إلى التوجه المشترك. ثم، فإنها تستخدم البيانات نثر الإلكترون لإعادة بناء الموقف الأكثر احتمالا للجميع الأحماض الأمينية والبروتين وإذا كان ذلك ممكنا، في الذرات.
كان البرد EM منذ عقود. ولكن حتى وقت قريب لم يكن قرارها حتى على مقربة من البلورات وNMR. "لقد اعتدنا على تسميته مجال سائل-ology"، كما يقول سريرام سوبرامانيام، عالم الأحياء الهيكلي البرد EM في NCI، الذي قاد المشروع الحالي. لكن التحسن المطرد للمولدات شعاع الالكترون، كشف، وبرامج التحليل التصوير ساعدت ببطء البرد EM بوصة أقرب إلى أساليب القوة. في وقت سابق من هذا العام، على سبيل المثال، وهما مجموعتان من الباحثين اندلعت 0.3 نانومتر دقة المؤشر، وهو ما يكفي للحصول على عرض لائق من الأسلحة جانب من الأحماض الأمينية الفردية اثنين من البروتينات. ومع ذلك، لا يزال الكثير من التفاصيل في الصور غامض.
لدراستهم الحالية، سعى سوبرامانيام وزملاؤه لتحسين صورهم من β غالاكتوزيداز، وهو بروتين أنها تصويرها العام الماضي على قرار من 0.33 نانومتر. يخدم البروتين كحالة اختبار جيدة، ويقول سوبرامانيام، لأن الباحثين يمكن مقارنة صورهم إلى الهياكل الأشعة السينية الموجودة للتأكد من دقتها. ويضيف سوبرامانيام أن التقدم الحالي كان أكثر منتج من التحسينات مضنية لمجموعة متنوعة من التقنيات بما في ذلك إجراءات تنقية البروتين التي تضمن كل نسخة من البروتين هي متطابقة وتحسينات البرمجيات التي تسمح للباحثين لمحاذاة أفضل الصور الخاصة بهم. تستخدم سوبرامانيام وزملاؤه بعض 40000 صور منفصلة لتجميع الشكل النهائي للجزيء الخاصة بهم. وأفاد الباحثون على الانترنت اليوم في العلم أن هذه التحسينات سمحت لهم لإنتاج صورة البرد EM من β غالاكتوزيداز على قرار من 0.22 نانومتر ، وليس حاد بما فيه الكفاية لرؤية الذرات الفردية، ولكنها واضحة بما يكفي لرؤية جزيئات الماء التي تربط إلى البروتين في المناطق الحرجة إلى وظيفة الجزيء.
هذا المستوى من التفاصيل يساوي في حل العديد من الهياكل باستخدام البلورات بالأشعة السينية، ويقول تشيو. وهذا حيوي، يضيف، لأنه بالنسبة البلورات بالأشعة السينية في العمل، يجب على الباحثين إنتاج ملايين النسخ متطابقة من البروتين ومن ثم اقناع لهم لمحاذاة بالضبط في نفس الاتجاه كما يصلب في وضوح الشمس. ولكن العديد من البروتينات مقاومة السقوط في الخط، مما يجعل من المستحيل تحديد هيكل الأشعة السينية الخاصة بهم. لا يتطلب NMR الطيفي بلورات، لكنه يعمل فقط على البروتينات الصغيرة.البرد EM يمثل أفضل ما في العالمين: يمكن أن تعمل مع البروتينات الضخمة، ولكنها لا تتطلب البلورات.
ونتيجة لذلك، يمكن أن التطورات الجديدة تساعد علماء الأحياء الهيكلية خريطة أعداد كبيرة من البروتينات الجديدة التي لم يسبق تعيينها من قبل، يقول تشيو. وهذا، بدوره، يمكن أن تساعد المطورين المخدرات تصميم أدوية جديدة للعديد من الشروط المرتبطة البروتينات المختلفة. لكن شيئا واحدا وقد أظهرت هذه التقنية بالفعل اضحة وضوح الشمس، وذلك في التصوير، فضلا عن الأحياء، بطيئة، والتقدم التطورية بمرور الوقت يمكن أن تسفر عن نتائج كبيرة.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق