Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Ученые устанавливают рекорды разрешения, чтобы визуализировать отдельные атомы с помощью одночастичной крио-ЭМ

Ученые устанавливают рекорды разрешения, чтобы визуализировать отдельные атомы с помощью одночастичной крио-ЭМ

Опубликовал: Admin, 25-10-2020, 01:01, Нанотехнологии, 51, 0

Ученые устанавливают рекорды разрешения, чтобы визуализировать отдельные атомы с помощью одночастичной крио-ЭМ
A Снимки карты рецепторов. (a) локальное разрешение; (b) карман агониста, показывающий координацию гистамина и молекулы воды; (c ) N-связанный гликан; (d) сеть водородных связей, выявленная на карте различий (зеленые пики) ». width = "700" height = "218">

Глядя на точное трехмерное расположение атомов внутри белка, мы можем понять, как он может выполнять свои функции. Хотя в последние годы электронная криомикроскопия (крио-ЭМ) быстро развивалась как важный метод структурной биологии, рентгеновская кристаллография была единственным методом, способным визуализировать отдельные атомы. Группы Раду Арическу и Сьорса Шереса в лаборатории молекулярной биологии MRC в сотрудничестве с учеными из Thermo Fisher Scientific и других организаций впервые смогли разрешить отдельные атомы белка в трехмерном крио-ЭМ изображении.

Это сотрудничество началось в начале 2019 года, когда Раду и Абхай Котеча, исследователь из Thermo Fisher Scientific, захотели протестировать новое крио-ЭМ оборудование на небольшой мембране белок образец. Рецепторы GABAA, которыми Раду занимался более десяти лет, были выбраны из-за наиболее достижимых разрешение использование наилучшей доступной технологии, похоже, достигло предела около 25 ангстремов (Å), но для лучшего дизайна лекарств явно требовалось более высокое разрешение.

Что такое атомарное разрешение?

Разрешение обычно указывается в Ангстремах, единице длины, которая составляет одну десятимиллиардную метра или 01 нанометра, и относится к наименьшему расстоянию, между которым можно увидеть два объекта как отдельные.

Длина типичной углерод-углеродной связи составляет 15 Å; другие связи в белках немного короче. Таким образом, при уменьшении разрешения до 12 Å становится возможным видеть отдельные атомы внутри белка, достигая истинного значения атомное разрешение .

Во время тестирования новых разработок оборудования, включая источник электронов с холодным полевым излучением, новый энергетический фильтр и новую камеру, команде также пришлось разработать новые стратегии обработки. Алгоритмы коррекции оптических аберраций, которые ранее были разработаны Ясенко Живановым в группе Сьорса, а также алгоритм, предложенный Крисом Руссо и Ричардом Хендерсоном, сыграли решающую роль в выжимании максимальной информации из изображений.

После получения изображений, собранных на новом оборудовании микроскопа Абхаем Котеча в Thermo Fisher Scientific в Эйндховене, Нидерланды, Таканори Накане, постдок из группы Сьорса, разработал оптимальный рабочий процесс в RELION, а Андрия Сенте вместе с другими членами группы Раду использовал этот рабочий процесс для обработки изображений рецепторов GABAA с обратной передачей результатов для быстрой оптимизации настроек микроскопа. Новая система хранения данных большой емкости, разработанная Джейком Гримметом и Тоби Дарлингом из группы LMB по научным вычислениям, предложила важную поддержку для обработки примерно ста терабайт сгенерированных данных. Эти постоянные коллективные усилия привели к беспрецедентной структуре рецептора GABAA с разрешением 17 Å.

Это было лучшее разрешение, о котором сообщалось, достигнутое с использованием крио-ЭМ для любого образца белка, кроме белка апоферритина. Апоферритин обычно используется в качестве эталона для крио-ЭМ, потому что его молекулярная стабильность и 24-кратная симметрия позволяют реконструировать с высоким разрешением по относительно небольшому количеству частиц.

Используя новое оборудование и стратегии обработки, команда смогла получить структуру апоферритина с разрешением 122 Å, побив предыдущий рекорд 153 Å как одночастичную криоЭМ-структуру с самым высоким разрешением, которая была получена. Что наиболее впечатляюще, это разрешение позволило визуализировать отдельные атомы водорода, даже на молекулах воды внутри структуры белка. Визуализация сетей водородных связей внутри белковых структур и в карманах для связывания лекарств позволяет исследователям лучше понять, как они работают.

Эта работа представляет собой преодоление ключевого барьера для крио-ЭМ как метода структурной биологии, а новые технологии, стратегии сбора данных и обработки позволят расширить число белков, структуры которых могут быть решены с высоким разрешением. Эти реконструкции с более высоким разрешением позволят лучше понять, как работают белки, и упростят разработку более специфических лекарств, которые могут повлиять на лечение огромного спектра заболеваний.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии