Скрещённые лазерные лучи помогли обнаружить "ценные" белковые кристаллы

Скрещённые лазерные лучи помогли обнаружить "ценные" белковые кристаллы

2681

Фото: © pubs.acs.org

Впервые исследование микронных по размерам образцов белков, используемых для создания новых лекарств, можно будет вести с высокой точностью при сравнительно небольших затратах.

Учёные из МФТИ и Объединённого института ядерных исследований в совместной работе увеличили точность обнаружения ценных кристаллов белков размером в 1—2 микрон. Именно такие микрокристаллы используются сейчас для изучения мембранных белков, крайне важных для фундаментальных и прикладных фармацевтических исследований — поиска новых лекарств, в том числе от пока неизлечимых болезней. Соответствующая статья опубликована в Journal of American Chemical Society.

При обычном отражении света от поверхности вещества его частота практически не меняется (это так называемое рэлеевское рассеяние). Таким образом трудно получить много информации о самом веществе. Более эффективно использовать для этого рамановское рассеяние. При нём молекулы облучаемого вещества переходят на другой колебательный уровень: приобретают или, наоборот, теряют колебательную энергию.

Во время перехода молекулы на новый энергетический уровень в спектре отражённого света появляются дополнительные линии, которых не бывает при обычном рассеянии. По положению этих линий в спектре можно определить энергию молекулярных колебаний, а следовательно, и химический состав вещества. Если при таком рассеянии частота внешних световых волн уменьшается, процесс называется стоксовским рассеянием. А вот если всё наоборот и частота волн отражённого света увеличивается, такой процесс называется антистоксовским.

Для исследования белков-кристаллов учёные применили метод П-КАРС (P-CARS). Расшифровывается он очень сложно — как поляризационный вариант схемы когерентной антистоксовой резонансной рамановской спектроскопии. Но в основе его лежат относительно простые физические процессы, описанные выше. 

P-CARS часто используется для визуализации с высоким разрешением процессов, происходящих в клетках. Метод требует двух лазеров, лучи которых скрещивают на образце белкового кристалла (как на иллюстрации выше). Полученные сигналы фильтруются поляризатором и попадают в детектор. Сканируя отдельные точки образца по очереди, исследователи получают трёхмерную картинку кристалла. Таким образом были изучены два "модельных" белка, часто используемых как образцы в исследованиях: бактериородопсин (мембранный белок) и лизоцим (водорастворимый белок).

Оказалось, что в случае кристаллов бактериородопсина посредством P-CARS можно заранее заметить распространённый дефект белковых кристаллов — так называемое двойникование. Оно часто не позволяет узнать структуру белка с достаточной точностью, усложняя поиск новых лекарств. Заметить этот дефект для микроскопических кристаллов до сих пор можно было только после проведения весьма затратных рентгеновских исследований. Метод CARS позволяет обнаружить его намного быстрее и проще.

Не менее интересными оказались и результаты изучения новым методом кристаллов лизоцима. Учёным удалось показать, что в некоторых случаях CARS может видеть кристаллы, которых не определяют иные методы. Всё это означает, что исследователи смогли разработать готовый к широкому использованию в лабораториях метод предварительного анализа белковых кристаллов, пока не имеющий равных в своём классе по точности в определении дефектов.

Сегодня для изучения мембранных белков используют рентгеновские лазеры на свободных электронах. Мощности этих сверхсовременных источников жёсткого рентгеновского излучения достаточно, чтобы использовать для изучения структуры белка совсем небольшие кристаллы. Но при выращивании столь малых кристаллов сложно понять, какого качества они выросли и выросли ли вообще. Для предварительной проверки их качества применяют технику SONICC. Точности этого метода, однако, зачастую оказывается недостаточно: как только размер белковых кристаллов падает до микрона, понять что-либо с его помощью становится очень сложно. Учёным из МФТИ и ОИЯИ удалось превзойти метод SONICC, показав при этом чувствительность к тонким особенностям структуры белка, имеющим чрезвычайно важное значение при дальнейшем исследовании.

  • Популярные
  • По времени
Похоже, что вы используете блокировщик рекламы :(
Чтобы пользоваться всеми функциями сайта, добавьте нас в исключения!
как отключить
×
Скачайте в App Store
#Первые по срочным новостям!
Загрузите на Google Play
#Первые по срочным новостям!