Высокоскоростные "фильмы" о белках помогут в разработке лекарств

Исследователи из Университета Саутгемптона разработали технологию, позволяющую учёным наблюдать за движением белков. Понимание этого движения позволит создавать новые лекарства.

Рентгеновская кристаллография — это научный метод, который создаёт трёхмерную картину молекул с исключительной, атомарной детализацией. С его помощью была определена структура многих тысяч белков — молекулярных машин природы.

Новая задача для учёных — использовать рентгеновскую кристаллографию для создания "фильмов" о белках в действии. Это невероятно сложно, и на сегодняшний день создано лишь несколько таких "фильмов". Усилия осложняются тем, что структура белка размывается при захвате каждого кадра.

Команда из Института наук о жизни Университета Саутгемптона в сотрудничестве с Diamond Light Source и Douglas Instruments решила эту проблему, миниатюризировав белковые кристаллы и разработав метод быстрого смешивания. Результаты опубликованы в журнале IUCrJ.

Первый автор работы, Джек Стаббс, объясняет, как анализируются кристаллы: "Белковые кристаллы по одному доставляются в интенсивный рентгеновский пучок, чтобы зафиксировать снимки кристаллов со всех возможных углов. Полученные рассеянные рентгеновские паттерны используются для расшифровки структуры белка.

Этот метод также можно использовать для получения 3D-изображений белков в разные моменты времени. Собрав их вместе, вы, по сути, получаете фильм о белках в действии, который даёт ключи к пониманию их функции".

В этом процессе важно, чтобы рентгеновские "снимки" фиксировали белки в одной и той же форме, в один и тот же момент времени, чтобы избежать "размытия" их структуры. Именно с этой проблемой боролась команда.

Исследователи разработали "метод капельной микрофлюидики" для создания миллионов капель, каждая из которых действует как миниатюрная пробирка объёмом всего в триллионную долю литра, где белки могут кристаллизоваться. При таких ничтожно малых объёмах доступное крошечное количество белка означает, что кристаллы могут вырасти лишь до нескольких микрон в длину — примерно как бактерия.

Капли также обладают уникальной способностью к смешиванию. При движении капли её содержимое циркулирует, подобно помешиванию, что обеспечивает быстрое смешивание. Команда продемонстрировала время смешивания, приближающееся к 1 миллисекунде (1/1000 секунды). Это устанавливает новый стандарт для кристаллографии с временным разрешением.

Ведущий учёный, доктор Джонатан Уэст, заявил: "Наше исследование знаменует собой значительный прогресс в кристаллографии с временным разрешением. Возможность контролировать размер микрокристаллов и запускать реакции с помощью быстрого смешивания открывает захватывающие перспективы для понимания структурной динамики белков с миллисекундной точностью".

Значение этого исследования выходит за рамки лаборатории. Делясь этими передовыми методами с учёными-кристаллографами, исследователи стремятся значительно расширить наше понимание того, как движутся белки, как движение связано с их функцией и как лекарства могут изменять это движение.