Более эффективный метод визуализации белков

Исследователи из Гётеборгского университета, используя уникальную установку в США, нашли более эффективный способ визуализации белков. Следующий шаг — снять «фильм» о том, как работают белки на молекулярном уровне.

Определение структуры белков и их функций в клетках может стать ключом к лечению болезней от рака до малярии. В прошлом году профессор биохимии Ричард Нойце и его исследовательская группа были одними из первых в мире, кто визуализировал белки с помощью очень коротких и интенсивных рентгеновских импульсов.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Methods, метод был протестирован на новом типе белка с хорошими результатами.

«Проще говоря, мы разработали новый метод создания невероятно маленьких белковых кристаллов, — говорит Линда Йоханссон, аспирант кафедры химии и молекулярной биологии и ведущий автор статьи. — Мы также показали, что можно использовать очень маленькие кристаллы для определения структуры мембранного белка».

Может стать стандартом

Существует две основные проблемы при визуализации белков: первая — создать белковые кристаллы подходящего размера, вторая — облучить их так, чтобы они не разрушились. Хотя в Швеции есть установка для генерации синхротронного рентгеновского излучения — Maxlab в Лунде, — этот тип технологии недостаточно интенсивен и поэтому требует крупных белковых кристаллов, на создание которых уходят годы.

Ричард Нойце был одним из исследователей, выдвинувших идею, что можно визуализировать небольшие белковые образцы с помощью лазеров на свободных электронах, которые испускают интенсивное рентгеновское излучение в чрезвычайно коротких импульсах — короче, чем время, за которое свет проходит ширину человеческого волоса. Такая установка доступна в Калифорнии с 2009 года, и именно она использовалась в исследовании.

«Производство мелких белковых кристаллов проще и занимает меньше времени, поэтому этот метод гораздо быстрее, — говорит Линда Йоханссон. — Мы надеемся, что в ближайшие годы он станет стандартом. Установки рентгеновских лазеров на свободных электронах в настоящее время строятся в Швейцарии, Японии и Германии».

365 000 изображений

В исследовании, проведенном учеными из Швеции, Германии и США, изучался мембранный белок из типа бактерий, живущих за счет солнечного света. Изучение мембранных белков важно, поскольку они транспортируют вещества через клеточную мембрану и, таким образом, обеспечивают связь с окружающей средой клетки и другими клетками.

«Нам удалось создать модель того, как выглядит этот белок, — говорит она. — Следующий шаг — создание «фильмов», где мы сможем наблюдать различные функции белка, например, как он движется во время фотосинтеза».

Ключевым открытием стало то, что для картирования белка требуется гораздо меньше изображений, чем считалось ранее. С помощью лазера на свободных электронах можно производить около 60 изображений в секунду, что означало, что в распоряжении команды было более 365 000 изображений. Однако для создания трехмерной модели белка потребовалось всего 265 изображений.