Используя уникальную рентгеновскую установку, ученые из Университета Гётеборга (Göteborgs universitet), Швеция, разработали более эффективный способ визуализации белков. Следующим их шагом будет съемка белков за работой – на молекулярном уровне.

Трехмерная модель одного из мембранных белков
фотосинтезирующей бактерии Blastochloris viridis
создана из 265 снимков, полученных
с помощью фемтосекундного рентгеновского
лазера на свободных электронах.
(nature.com/nmeth)

Определение структуры белков и их функций в клетках – ключ к излечению огромного числа заболеваний – от рака до малярии. В прошлом году профессор биохимии Университета Гётеборга Рихард Нойтце (Richard Neutze) и его группа одними из первых в мире получили изображения белков с помощью очень коротких и интенсивных рентгеновских импульсов.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Methods, метод был протестирован еще на одном типе белка и показал хорошие результаты.

Визуализация белков ставит перед учеными две основные проблемы: первая – получение кристаллов нужного размера; вторая – облучение кристаллов таким образом, чтобы не вызвать их распада. Хотя в Швеции есть синхротрон для получения рентгеновского излучения – Maxlab в Лунде – его характеристики не позволяют получать излучение достаточной интенсивности, и поэтому для работы на этой установке требуются большие кристаллы белка, выращивание которых занимает не один год.

Шведские исследователи разработали новый метод получения чрезвычайно мелких кристаллов белка и доказали, что их можно использовать для определения структуры мембранных белков. А профессор Рихард Нойтце был одним из первых, кто для визуализации небольших образцов белков предложил использовать фемтосекундные лазеры на свободных электронах, генерирующие интенсивное рентгеновское излучение предельно короткими импульсами – короче, чем время, необходимое свету, чтобы пройти расстояние равное толщине человеческого волоса. Установка, отвечающая таким требованиям, есть в Калифорнии, и именно ее ученые использовали для своего исследования.

«Получение мелких кристаллов белка проще и требует меньше времени, поэтому этот метод гораздо быстрее», – комментирует свою работу ведущий автор статьи Линда Йоханссон (Linda Johansson), докторант кафедры химии и молекулярной биологии. «Мы надеемся, что в течение ближайших нескольких лет он станет стандартным. Рентгеновские лазерные установки на свободных электронах строятся сейчас в Швейцарии, Японии и Германии».

Ученые из Швеции, Германии и США исследовали мембранный белок одного из типов бактерий, живущих за счет солнечного света. Изучение мембранных белков очень важно, так как они переносят вещества через клеточную мембрану и обеспечивают связь клетки с окружающей ее средой и другими клетками.

Ученым удалось создать трехмерную модель этого белка, и теперь они планируют записать, как он движется, например, в процессе фотосинтеза и при выполнении других функций.

Однако одним из ключевых открытий стало то, что для определения структуры белка оказалось необходимым гораздо меньшее количество изображений, чем считалось ранее. С помощью лазера на свободных электронах можно получать около 60 изображений в секунду, что означало, что в распоряжении ученых было более 365 000 изображений. Но для создания трехмерной модели белковой молекулы потребовалось всего 265 снимков.

Аннотация к статье

Lipidic phase membrane protein serial femtosecond crystallography