Weizmanni Instituudi teadlased jäädvustavad esmakordselt 3D-visualisatsiooni molekulidest, mis lagunevad röntgenikiirguse mõjul

Weizmanni Instituudi teadlased jäädvustavad esmakordselt 3D-visualisatsiooni molekulidest, mis lagunevad röntgenikiirguse mõjul
Weizmanni Instituudi teadlased jäädvustavad esmakordselt 3D-visualisatsiooni molekulidest, mis lagunevad röntgenikiirguse mõjul
Anonim

REHOVOT, Iisrael – 27. jaanuar 2000 – Nägemine on nähtamatute asjade nägemise kunst, kirjutas fantaasiameister Jonathan Swift. Tema reisid muutuvate visuaalsete mastaapide kuningriikidesse rõhutasid potentsiaalseid teadmisi, mida saab koguda maailma vaatlemisest pidev alt värskete vaatenurkade kaudu. Weizmanni Instituudi teadlased on hiljuti näidanud selle põhimõtte rakendatavust teadusliku avastamise kunstis. Nende otsus muuta eksperimentaalset fookust võimaldas neil jäädvustada esmakordselt lahendatud "filmi", mis demonstreerib, kuidas molekulid sünkrotronikiirgusega kokku puutudes lagunevad.Nende leiud, mis avaldati ajakirja Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 18. jaanuari numbris, võivad sillutada teed bioloogiliste molekulide uurimise täiustatud tehnikatele ning farmakoloogilistele meetmetele kiirguskahjustuste ärahoidmiseks, mis on levinud vähi ja sünnidefektid.

Selles uuringus osalesid Weizmanni teadlased dr Gitai Kryger, dr Michal Harel ja prof Joel Sussman struktuuribioloogia osakonnast koos prof Israel Silmaniga neurobioloogia osakonnast. Meeskond tegi tihedat koostööd Martin Weiki, Maria Ravesi, Piet Grosi ja Jan Krooniga Hollandi Bijvoeti biomolekulaaruuringute keskusest Utrechtis, samuti Raimond Ravelli ja Sean McSweeneyga Euroopa molekulaarbioloogia laboratooriumi keskusest Grenoble'is, Prantsusmaal.

Võlakirjade purustamine

"Teaduses on üsna tavaline, et otsitakse vastuseid ühele küsimusele ja leitakse vastuseid täiesti erinevatele küsimustele," ütleb dr.Kryger, pakkudes nende avastamise tausta. "Kui vaatasime ühte puiesteed alla, sattusime sisuliselt kõrvale allee, millel oli võib-olla isegi laiem rakendus."

Ühte looduse kõige intrigeerivama ensüümi, atsetüülkoliinesteraasi (AChE) uurimise käigus, millel on keskne roll ajufunktsioonis ja mälus, otsustas meeskond uurida selle ensümaatilist reaktsiooni reaalajas, kasutades X-i. -kiirkristallograafia, mis põhineb ensüümi kristallide eksponeerimisel suure intensiivsusega röntgenkiirtele.

Kuna selle ensüümi reaktsioon kulgeb mikrosekundite jooksul, lootsid teadlased protsessi salvestada, tehes ülikiire röntgenikiirte "hetktõmmiste" seeria. Tulemused näitasid tegelikult ajast sõltuvat muutust. Kuid lähemal uurimisel mõistsid teadlased, et püüdes ensümaatilist reaktsiooni tabada, olid nad tegelikult saavutanud esimese 3D-salvestuse valgu spetsiifiliste keemiliste sidemete kiirgusest põhjustatud katkemise kohta."Vaatlus oli vapustav. Kuigi aegridade film näeb välja nagu keemiliste protsesside simuleeritud animatsioon, teadsime, et näeme otsest eksperimentaalset vaatlust – midagi, mida polnud kunagi varem nähtud," ütles prof Sussman.

Hilisemad uuringud näitasid, et vastupidiselt varem levinud arvamusele võivad kiirguskahjustused olla väga spetsiifilised. Meeskond leidis, et disulfiidsidemed (mis ühendavad sageli valgu polüpeptiidahelaid) ja karboksüülhapped (näiteks need, mida leidub aktiivses kohas, kus ensümaatilised reaktsioonid algavad) on eriti altid kiirguskahjustustele. Nad leidsid ka liikidevahelise sarnasuse, mis viitab üldisemale nähtusele. Väga sarnased tulemused saadi töötamisel AChE kristallidega, mis pärinevad Torpedo kalast (üks selle ensüümi rikkamaid allikaid), inimestelt ja Drosophila äädikakärbsest, aga ka täiesti erinevast ensüümist, kanamunavalge lüsosüümist.

Vähem võib olla rohkem

Neil leidudel on otsene mõju andmete kogumise parandamisele röntgenkristallograafia abil. See tehnoloogia esitab olulisi väljakutseid. Kuigi see annab dramaatilise pilgu seni ligipääsmatutesse mikroskoopilistesse maailmadesse, tekitab see samaaegselt kiirguskahjustusi, hävitades seeläbi sageli katseproovi. Kristallograafiakogukond on traditsiooniliselt läbinud õhukese eksperimentaalse joone, püüdes parandada teabe kogumist suurenenud röntgenikiirguse intensiivsusega, leevendades samal ajal kiirguskahjustusi erinevate tehnikate, eelkõige krüokristallograafia (andmete kogumine äärmiselt külmadel temperatuuridel) abil.

Dr Krygeri sõnul on üks olulisemaid "koju" õppetunde, et bioloogiliste molekulide paremaks mõistmiseks võib vähem intensiivne kiirgus anda täpsemaid tulemusi. Peamine on vältida tahtmatut kiirgust. muutused eksperimentaalseteks proovideks, näiteks need, mis on põhjustatud kiirguskahjustusest."

Diagnostikatööriist

Kiirguskahjustused ja nende vältimine on aga keskne probleem ka väljaspool labori seinu. Organismid puutuvad pidev alt kokku potentsiaalselt kahjuliku kiirgusega, olgu see siis päikesevalguse, radioaktiivsete materjalide või haigla röntgenikiirguse tõttu. Selline kiirgus on tavaline vähktõve ja sünnidefektide põhjus. Prof Sussmani sõnul on võime visualiseerida kiirguse põhjustatud spetsiifilisi kahjustusi "katseklaasi" tasemel olulise diagnostilise vahendi farmakoloogiliste vahendite väljatöötamiseks kiirguskahjustuste eest kaitsmiseks. Neid meetmeid saab rakendada tavapärasel või hädaolukorras. olukorra alusel, nagu see, mis järgnes Tšernobõli tuumaelektrijaama rikkele."

Weizmanni Instituudi meeskond kavatseb teha koostööd oma Euroopa kolleegidega erinevate ainete kiirgusvastase potentsiaali uurimisel.

Seda uuringut rahastasid USA armee meditsiini- ja materjalijuhatus, Euroopa Liidu biotehnoloogia 4. raamprogramm, Kimmelmani biomolekulaarse struktuuri ja koostu keskus (Rehovot, Iisrael) ja Dana sihtasutus.Täname proua Tania Friedmani heldet toetust. RBGR tunnustab EMBL Grenoble Outstationi TMR juurdepääsu laiaulatuslikele rajatistele toetust.

Prof. Weizmanni Instituudi neurobioloogiaosakonna liige Israel Silman juhib Bernstein-Masoni neurokeemia õppetooli. Prof Joel Sussman on Weizmanni Instituudi struktuuribioloogia osakonna liige ja tal on ühine kohtumine Brookhaveni riiklikus laboris New Yorgis.

Iisraelis Rehovotis asuv Weizmanni teadusinstituut on üks maailma tuntumaid teadusuuringute ja kraadiõppe keskusi. Selle 2500 teadlast, üliõpilast, tehnikut ja inseneri teevad alusuuringuid teadmiste otsimisel ja inimkonna edendamisel. Uued viisid haiguste ja nälja vastu võitlemiseks, keskkonna kaitsmiseks ja alternatiivsete energiaallikate kasutamiseks on Weizmanni prioriteedid. Värvilised paberkujutised ja ajalahendusega film, mis demonstreerib kiirgusest põhjustatud keemilise sideme katkemist, on postitatud aadressil: http://wis-wander.weizmann.ac.il/weizmann/doa_iis.dll/Serve/level/English/1.200.html Film:

Populaarne teema