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更快,更廉價的蛋白成像技術

日期:2012-03-08 08:39:00

來自美國哥德堡大學等處的研究人員發表了題為“Lipidic phase membrane protein serial femtosecond crystallography”的文章,采用一種獨特設備,設計了一種更加有效的蛋白成像技術,這將有助于解析蛋白在分子水平如何工作的。相關成果公布在Nature Methods雜志上。

 

解析蛋白結構,以及其在細胞中的作用對于了解很多生物學進程具有重要意義,也有助于從癌癥到瘧疾等各種疾病的治療和診斷。去年來自哥德堡大的生物化學教授Richard Neutze與其研究組同事曾首次利用一種非常短和密集的X射線脈沖進行蛋白成像。而在這篇最新文章中,這一方法在一種新蛋白類型中得到了證實,并獲得了良好的效果。

 

文章的第一作者,哥德堡大學化學與分子生物學博士生Linda Johansson表示,“簡單來說,我們研發了一種能獲得不可思議小蛋白晶體的新方法”,“我們也證明這種方法有可能利用非常小的晶體,來確定膜蛋白結構。”

 

未來的新標準

 

目前來說對于蛋白結構的測定,主要的技術方法包括X光衍射法、核磁共振譜法,以及傳統的單顆粒電鏡重構。而要對蛋白成像存在兩個方面的主要問題:第一個是獲得合適大小的蛋白晶體,其次是利用不會降解蛋白的方法進行照射。雖然瑞典有一個同步生成X射線放射設備:位于隆德的Maxlab,但是這種技術不能滿足光密集度的要求,因此研究人員需要花上幾年時間,生成大型蛋白晶體。

 

Richard Neutze教授等人希望能利用自由電子激光器來對小蛋白成像——自由電子激光器能在極短脈沖中發射出密集的X射線,這種極短脈沖比光線橫向穿過我們的一根頭發的時間還短。這種設備最早出現在2009年的美國加州,目前已經可以用于科研中。

 

Johansson說,“獲得小蛋白晶體更容易,花費的時間也更少,因此這種方法更快一些”,“我們希望這將能成為未來的標準,目前在瑞士,日本和德國,X射線自由電子激光器已經在建造中。”

 

365000個圖像

 

通過來自瑞典,德國和美國的研究人員的共同努力,這項研究分析了某種細菌上的一個膜蛋白,這種細菌避光生長。這種膜蛋白能在細胞膜之間運送物質,因此在細胞與周圍環境,以及其它細胞之間的溝通方面扮演了重要的角色。

 

“我們成功的創造了一種解析這種蛋白工作機制的模型”,Johansson說,“下一步我們將拍攝這種蛋白的不同功能,比如光合作用過程中這種蛋白如何移動。”

 

這項研究的一個關鍵成果是通過比以往少得多的圖像就能繪制蛋白結構,利用自由電子激光器就有可能在一秒鐘內獲得60個圖像,這意味著研究人員可以一處就可以獲得365000個圖像。但是僅僅只需要265張圖像就能獲得這種蛋白的三位結構模型。

 

雖然x射線自由電子激光器(X-ray free electron laser,簡稱X-FEL)造價昂貴,但是近年來也有了更加便宜的X-FEL

 

來自荷蘭愛因霍芬科技大學研究人員開發了一種桌用型X-FEL,能大大的降低激光機成本。自由電子激光器發出超短x射線脈沖而不是可見光,而這些脈沖需要在至少1000米長的加速器內由電子加速產生,然后再轉化成x射線。這導致設備不僅造價昂貴,而且耗電量極大,同時操作麻煩,需要一個團隊才能完成。

 

新開發的桌用型X-FEL與普通X-FEL最大區別是它不把電子轉化成x射線,研究人員設計了完全可以使用電子來完成的實驗,不必將其轉化成x射線。

 


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