A röntgen lézer térképen térképezi fel a biomolekulát

A technológia előkészíti az utat az új biológiai ismeretekhez

A lizozim mikrokristály felépítése diffrakciós képként a röntgen lézerben. © DESY
felolvasta

A kutatók először használtak egy röntgen lézert egy kis biomolekulának az atomhoz való pontos leképezéséhez. A nagy energiájú röntgen vaku egyértelműen körülbelül 0, 19 nanométer méretű szerkezeteket mutatott - ez csak egy kicsit több, mint egy hidrogénatom átmérője. "Ez lehetővé teszi számunkra, hogy felfedezzük a biológia korábban nem részletezett terepét" - mondja Henry Chapman, a hamburgi Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY), a "Science" folyóiratban közzétett egyik szerző. Mivel az ilyen röntgen lézerekkel most biomolekulákat lehet megvizsgálni, amelyek szerkezete nem bomlik a szokásos módszerekkel - például a sejtek membránjából származó fehérjékkel.

A biomolekulák szerkezete nagy jelentőséggel bír az orvostudomány és a biológia szempontjából, mivel funkciójuk gyakran függ azok pontos formájától. Így ezeknek a biológiailag aktív anyagoknak csak a sejtek vagy szervek nagyon specifikus dokkoló helyeivel kombinálódhatnak. Ahogy a kulcs nyit egy ajtót a zárban, a biomolekulák csak akkor fejlesztenek ki hatásukat, ha a kötőhely megfelelő. Új gyógyszerek kifejlesztése érdekében alapvető fontosságú az ilyen dokkolóhelyek pontos formájának és kulcsának ismerete.

A diffrakciós minta feltárja a molekuláris szerkezetet

Számos biomolekula szerkezetét azonban nehéz meghatározni hagyományos módszerekkel. Ehhez az anyagokat gyakran összetett folyamatok során nagyobb kristályokká kell alakítani. Amikor ezeket a kristályokat röntgensugárzásnak teszik ki, szokásos atomrácsuk szétszórja a sugárzást, és egyfajta diffrakciós mintázatot képez. Ez felfedi a molekula szerkezetét. Számos biomolekula azonban nem konvertálható megfelelő méretű kristályokká. A legtöbb esetben a nagy energiájú röntgen sugárzás is elpusztítja őket egy kép létrehozása előtt.

A nemzetközi kutatócsoport kísérlete most azt mutatja, hogy az úgynevezett szabad elektron lézerek (FEL) orvosolhatják a helyzetet. Mivel ezeknek a műszereknek a röntgenfelvételei olyan fényesek, hogy még a legcsekélyebb kristályok és nagyon kevés idő is elegendőek a jó diffrakciós képek készítéséhez, ahogy a kutatók beszámolják. Bár a molekulákat szinte azonnal elpusztítják, a röntgenfelvétel a minták szerkezetét tükrözi, mielőtt elpárolognának. "A kulcs az ultrahang rövid impulzusok - nincs sérülés, amíg a röntgen impulzus véget nem ér" - mondja Antony Barty, a DESY kutatója.

Kísérleti felépítés a röntgen-lézer kísérlethez a SLAC Nemzeti Gyorsító laboratóriumban, Menlo Parkban (USA): Egy úgynevezett undulator (jobbra) ultrarövid röntgen villanásokat generál, amelyeket egy fentről átkötött lencse vezet be A molekuláris kristályok oldatát sugározják, a kristályok által diffraktált detektor diffraktált röntgenfelvételeket képez, és belőlük képet alkotnak. Tudomány / AAAS

A kristályok átfolynak a röntgen lézersugáron

A kutatásukhoz a kutatók először a csirketojásból előállították a biomolekulás lizozim kristályait, amelyek legfeljebb három mikron voltak. Ezeket a kristályokat folyadékkal keverve átjuttatta a röntgen lézer pulzáló sugárán keresztül a kaliforniai Menlo Parkban, a SLAC Nemzeti Gyorsító laboratóriumban. A lézer minden egyes röntgen impulzusa csak öt femtosekundum volt - azaz a másodperc öt milliárdosa. kijelző

Amikor a röntgen impulzusok lizozim molekulán estek át, diffrakciós mintázatot kaptunk, amelyet detektorral rögzítettünk. Ebből a kutatók képesek voltak rekonstruálni a molekula szerkezetét. Az intenzív impulzusok segítségével ez annyira finoman lehetséges, hogy már lehet következtetni az egyes atomok helyzetéről - mondja S SLA Nemzeti Gyorsító laboratórium első szerzője, S bastien Boutet. A demonstráció azt mutatja, hogy a technológia működik, és előkészíti az utat számos izgalmas jövőbeli kísérlethez. (Science, 2012; doi: 10.1126 / science.1217737)

(Tudomány / DESY, 2012. június 1. - NPO)