"Pepsi-SAXS": naujas baltymų analizės metodas, kuris yra 50 kartų greitesnis nei analogų

Anonim

"Pepsi-SAXS" yra naujas, labai efektyvus rentgeno spinduliuotės sklidimo profilių skaičiavimo metodas, reikalingas baltymo molekulių analizei tirpalo būsenoje. Metodą sukūrė mokslininkai iš Grenoblio Alpių universiteto ir MIPT, vadovaujama Sergejus Grudininas. Grupė išbandė savo metodą, o rezultatus paskelbė Tarptautinė kristalografijos sąjunga žurnale Acta Crystallographica D sekcija: Struktūrinė biologija.

Baltymai turi sudėtingą struktūrą ir yra labai mažo dydžio, maždaug už kelių nanometrų. Norint juos ištirti, mokslininkams reikia sugalvoti neįprastus metodus, nes baltymų mėginiai pernelyg lengvai sunaikinami ir jų savybės keičiamos eksperimentais. Žinios apie biomolekulių struktūras ir funkcinius mechanizmus leidžia kurti naujus vaistus ne su bandymais ir techninėmis klaidomis, o vadinamomis didelio našumo atranka, tačiau labiau orientuoti.

Vienas iš baltymų tyrimo būdų yra iš jų išskirstytų rentgeno spindulių analizė. Tyrėjai turi naudoti rentgeno spindulius ir ne paprastą šviesą, kad priartintų atskirus atomus, kurių charakteristikų dydis būtų 0, 1 nanometro. Kuo mažesnis objektas, tuo trumpesnis šviesos bangos ilgis, kurio reikia laikytis. Matoma šviesa apima bangos ilgius nuo 400 iki 700 nanometrų. Kita vertus, rentgeno spinduliai turi daug trumpesnį bangos ilgį ir todėl gali būti naudojami molekulinių struktūrų tyrimui.

"Naujasis metodas leidžia mums efektyviai ir tiksliai nuskirstyti sklaidos kreives ir analizuoti trimačio pavyzdžio struktūrą", - teigia MIPT studentė Maria Garkavenko, bendraautorė. "Be kita ko, Pepsi-SAXS skatina modeliavimo efektyvumą ir trimačių makromolekulių struktūros prognozavimo tikslumą."

Mažojo kampo rentgeno spinduliuotės sklaida arba SAXS yra eksperimentinis metodas, kuris apima išsklaidymą iš rentgeno spindulių iš mėginio ir tada surenka labai mažais kampais. Dėl to gaunamas sklaidos rentgeno spindulių intensyvumo skalė kaip sklaidos kampo funkcija. Naudojant šį schemą, baltymų mėginys gali būti lyginamas su kitais eksperimentinės bazės pavyzdžiais, siekiant nustatyti jo struktūrą ir savybes.

Palyginti su kitais metodais, naudojamais mėginio struktūrai nustatyti, SAXS yra daug paprastesnis ir pigesnis. Tai reikalauja tik minimalaus mėginio paruošimo, o baltymų nereikia užšaldyti arba kristalizuoti. Mėginiai tiriami tirpale ir jų funkcine būsena. Dėl to rezultatai yra daug patikimesni, nes mėginių paruošimas kartais gali pakeisti būseną ir baltymų savybes. Kitas svarbus metodo privalumas yra tai, kad jis yra nesuderinamas, o tai reiškia, kad eksperimentinis mėginys daugiausia neliečia rentgeno spindulių.

Tačiau iki šiol SAXS turėjo vieną didelį trūkumą: metodas buvo skaičiavimo intensyvus, o tai reiškia, kad jo negalima naudoti, jei eksperimentų skaičius buvo didelis. Vieno eksperimento rezultatų apdorojimui prireikė valandų. Iš pradžių skaičiavimų skaičius buvo tiesiogiai proporcingas atomų skaičiui kvadratinėje, o pastarasis skaičius paprastai viršija tūkstantį. Tačiau dešimtojo dešimtmečio metu Vokietijos mokslininkas Heinrichas Stuhrmann sugalvojo idėją supaprastinti skaičiavimus. Jis pasiūlė, kad molekulinių junginių išsisklaidymas būtų apibūdinamas pagal tam tikros rūšies funkcijas, vadinamas sferinėmis harmonikomis. Šis požiūris pasirodė esąs sėkmingas. Per kelerius metus buvo sukurta daug skaičiavimo priemonių SAXS duomenų analizei. Svarbų indėlį į jų plėtrą padarė mokslininkai su Sovietų moksliniu pagrindu, įskaitant Dmitri Svergun (šiuo metu dirba Hamburge), kuris parašė "ATSAS" programinę įrangą SAXS duomenų analizei biologinių makromolekulių tyrimuose. Tyrime pateikti tyrėjai ištyrė keletą skaičiavimo metodų ir juos palygino su savo technika.

"" Pepsi-SAXS "reiškia" baltymų struktūrų ir sąveikų daugianario ekspansiją "ir" mažo kampo rentgeno spinduliuotę ". Tai prisitaikantis metodas greitam ir tiksliam mažo kampo rentgeno spinduliuotės sklaidos profilių skaičiavimui ", - aiškina MIPT Ph.D. studentas Andrejus Kazenovas, vienas iš autorių. "" Pepsi-SAXS "gali būti pritaikytas prie tam tikro pavyzdžio dydžio ir eksperimentinių duomenų atskleidimo."

Mokslininkai taip pat sukūrė veiksmingą hidratacijos lukšto modelį - vandens molekulių sluoksnį, kuriame yra baltymų, esančių tirpale, ir įtraukė jį į savo programinę įrangą, padidindama metodo tikslumą.

"Mūsų metodas buvo patvirtintas dideliu" BioIsis "ir" SASBDB ", dviejų didžiausių biologinių duomenų bazių, duomenų rinkiniu", - sako Sergei Grudinin, kuris prižiūrėjo tyrimą. "Mes parodėme, kad" Pepsi-SAXS "yra nuo penkių iki 50 kartų greitesnis nei anksčiau naudojami metodai, ty CRYSOL, FoXS ir trimatis Zernike metodas, įdiegtas SAStbx paketu. Tuo pat metu tikslumas yra lygus juos."

Tyrėjai ypatingą dėmesį atkreipė į gautų rezultatų analizę, kuri buvo palyginta su eksperimentiniais duomenimis.

Baltymų moksliniai tyrimai turi esminę reikšmę mūsų supratimui apie pagrindinius gyvenimo procesus, taip pat narkotikų, gydymo būdų ir organinių medžiagų, įskaitant dirbtinius organus, vystymąsi. Naujasis autorių pateiktas įrankis galėtų reikšti 50 kartų spartesnę pažangą šiose srityse.

menu
menu