Szybka analiza krystalograficzna białek

Nowa technika analizy krystalograficznej – SFX (serial femtosecond crystallography) pozwala na otrzymywanie obrazów struktury krystalicznej białek z rozdzielczością bliską wymiarowi atomu.

W technice SFX stosuje się wiązkę lasera na swobodnych elektronach (FEL) wytwarzającego promienie rentgenowskie o wysokiej energii. Możliwe jest otrzymywanie obrazów struktur mikrokryształów, które są zbyt małe dla tradycyjnych aparatów krystalograficznych oraz obrazów biocząsteczek, które w większości są trudne w analizie krystalograficznej, a która jest bardzo pomocna w projektowaniu leków, badaniu oddziaływań międzycząsteczkowych czy mechanizmu działania enzymów.

Koncepcja metody SFX została zaproponowana w 2000 r. przez krystalografa Janosa Hajdu ze szwedzkiego Uniwersytetu w Uppsali. W ubiegłym roku użyto SFX do określenia struktur białek, jednak niska energia promieni rentgena spowodowała niską rozdzielczość obrazu – na poziomie 8 angstremów podczas gdy dopiero przy rozdzielczości 3 angstremów można rozpoznać poszczególne atomy.

Zwiększenie energii promienia lasera FEL pozwoliło na zwiększenie rozdzielczości do 1,9 angstrema pozwalając na obserwację mikrokryształów lizosomu. Badanie zostały wykonane przez Sébastiena Boutet'a z SLAC National Accelerator Laboratory w Kaliforni oraz 53 innych naukowców z Niemiec, Francji, Szwecji oraz USA. Aby otrzymać obraz struktury lizosomu promień lasera FEL skierowano przez ciekły strumień zawierający mikrokryształy lizosomu znajdujące się w różnorodnej orientacji przestrzennej. Następnie wyrafinowany matrycowy detektor promieni X wychwycił rozproszone promienie pochodzące od kryształów, które następnie zostały przetworzone w trójwymiarowy obraz struktury. Czas impulsów lasera był ustawiony na 5-40 femtosekund, co pozwala na uniknięcie zniszczenia próbki, nawet gdy ulega ona całkowitemu odparowaniu po zakończeniu oddziaływania.

Metoda SFX pozwoli na lepsze zbadanie substancji biologicznych, które często dają się skrystalizować tylko do postaci mikrokryształów. Co więcej promienie rentgena pochodzące z lasera FEL mogą w przyszłości pozwolić na analizę związków bez konieczności ich krystalizacji.

(pj)