Учёные используют серийную кристаллографию для улучшения «молекулярных фильмов» и изучения устойчивости к антибиотикам

Учёные из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США применили и усовершенствовали новый метод — серийную кристаллографию. Он позволяет создавать «молекулярные фильмы», показывая изменения формы белков и связанных молекул в реальном времени во время химических реакций, на временных масштабах от десятой до сотой доли секунды.

Ключевые преимущества метода:

• Можно использовать меньшие индивидуальные кристаллы.
• Кристаллы нужно освещать рентгеновским лучом только один раз и очень короткое время, что предотвращает их разрушение.
• С одного чипа можно получить свыше 40 000 изображений, что резко ускоряет процесс.

В эксперименте учёные использовали серийную кристаллографию с временным разрешением на линии BioCARS (14-ID) и SBC (19-ID) в APS. Они применили технику «накачка-зондирование»: реакцию инициировали ультрафиолетовым светом, а затем рентгеновским лучом наблюдали результат в разные моменты времени.

Исследование механизма устойчивости к антибиотикам:

Учёные изучили комплекс бета-лактамаза — фермент, который обеспечивает устойчивость патогенов к антибиотикам. Метод позволил в реальном времени увидеть, как ионы цинка активируют молекулу воды, чтобы та разорвала связь в молекуле антибиотика.

«Это как если бы вы пытались открыть банку с застрявшей крышкой. Вы крутите и крутите, и сначала ничего не происходит, пока в итоге она внезапно не поддаётся», — пояснил выдающийся сотрудник Аргонна Анджей Йоахимиак.

Значение и перспективы:

• Предстоящее обновление APS сделает рентгеновские лучи в 500 раз ярче, что позволит шире применять серийную кристаллографию для изучения биологических систем.
• Метод открывает возможность наблюдать промежуточные состояния молекул, что раньше было недоступно при обычной кристаллографии.
• Это революционная техника, которая окажет огромное влияние на наблюдение за процессами и, в конечном итоге, на рациональный дизайн лекарств.