Riçard Hart, Arizona Dövlət Universiteti

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Zülal molekulunun illüstrasiyası. Tədqiqatçılar tələb olunan nümunə miqdarını kəskin şəkildə azaltmaqla yanaşı, zülalların hərəkətdəki atom miqyaslı görüntülərini çəkmək üçün ultra sürətli rentgen lazer impulslarından istifadə etdilər. Mənbə: Arizona Dövlət Universiteti

Zülalların həyatı təmin edən kimyəvi reaksiyaları idarə edərkən hərəkət etməsini izləmək müasir biologiyanın ən böyük çətinliklərindən biridir. Son illərdə rentgen sərbəst elektron lazerləri və ya XFEL-lər bu çətinliyi həll etməyə başlayıb və reaksiya zamanı molekulların formasını dəyişdikcə onların ultra sürətli görüntülərini çəkir və effektiv şəkildə molekulyar yavaş hərəkətli filmlər yaradır.

Lakin texnikanın qiyməti baha başa gəlir: Bu təcrübələr adətən çoxlu miqdarda qiymətli protein nümunələri istehlak edir və bu da bir çox tədqiqatı əlçatmaz edir.

İndi Arizona Dövlət Universitetinin tədqiqatçıları və onların beynəlxalq həmkarları, o cümlədən Consejo Superior de Investigaciones Científicas-ın alimləri, nümunə istehlakını 97%-ə qədər azaltmaqla yanaşı, yüksək keyfiyyətli struktur məlumatları istehsal edən bir cihaz hazırlayıblar. Mikrofluidik damcı injektoru adlanan cihaz, zülal kristallarını XFEL şüasına davamlı axın kimi deyil, kiçik, dəqiq vaxtlı paketlərdə çatdırır.

Əsər Communications Chemistry jurnalında dərc olunub .

Texnologiya, dərmanların zülal hədəfləri ilə real vaxt rejimində necə qarşılıqlı təsir göstərdiyini göstərməklə dərmanların kəşfini sürətləndirə və mühəndislərə sənaye və biotexnologiya üçün daha yaxşı fermentlər hazırlamağa kömək edə bilər. Bu, həmçinin xəstəliklərə daha dərindən nəzər salmağa, istehsalı çətin olan nadir zülalların öyrənilməsinə imkan verə və həddindən artıq nümunə tullantıları olmadan yeni nəsil rentgen lazer qurğularının bütün potensialını aça bilər.

Yeni tədqiqatın aparıcı müəllifi Alexandra Ros deyir: “Zülalların real vaxt rejimində reaksiyasını görmək inanılmaz dərəcədə güclüdür, lakin nümunənin dinamik zülal davranışını rentgen kristalloqrafiyası ilə həll etmək tələbləri əsas məhdudiyyət olub. Damcı üsulumuz bu yükü kəskin şəkildə azaldır və bu, həyəcanvericidir, çünki indi daha çox laboratoriya əvvəllər çox bahalı və ya praktik olmayan dinamik suallar verə bilər.”

Professor Ros, Arizona Dövlət Universitetinin Tətbiqi Struktur Kəşfləri üzrə Biodizayn Mərkəzinin və Molekulyar Elmlər Məktəbinin tədqiqatçısıdır. Ona ASU-nun həmkarları və CSIC-dən olan əməkdaşlar da daxil olmaqla beynəlxalq tədqiqatçılar komandası qoşulur.

Atom miqyasında donma hərəkəti

XFEL-lər, saniyənin kvadrilyonda biri olan femtosaniyə qədər davam edən ultra qısa impulslar buraxaraq hərəkəti effektiv şəkildə dondurur. Bu kiçik zaman kəsiyində işığın özü insan saçının tək bir telinin enindən daha az məsafə qət edir.

Bu təcrübələrdə zülallar əvvəlcə mikroskopik kristallara çevrilir və sonra XFEL impulslarına məruz qalır. Bu, tədqiqatçıların hərəkətdə olan molekulların atom miqyaslı görüntülərini yenidən qurmaq üçün istifadə etdikləri difraksiya nümunələrini yaradır.

Ənənəvi XFEL təcrübələrində zülal kristalları rentgen şüasının yolu boyunca davamlı olaraq püskürdülür. Əslində, həmin materialın yalnız kiçik bir hissəsi rentgen impulsuna məruz qalır, yəni zülalın çox hissəsi israf olur. Yeni sistem, hər biri az miqdarda nümunə daşıyan mikroskopik damcılar seriyası yaradır. Bu damcılar lazerin impuls vaxtı ilə sinxronlaşdırılır, buna görə də nümunə yalnız lazım olduqda çatır.

Avropa rentgen sərbəst elektron lazerində işləyərkən tədqiqatçılar zamanla həll olunan serial femtosaniyə kristalloqrafiyasından istifadə etdilər ki, bu da reaksiyalar zamanı formalarını dəyişdikcə zülalları tuta bilir. Bu güclü texnika ilə onlar hüceyrə detoksifikasiyasında və oksidləşdirici stressdən qorunmada mühüm rol oynayan NQO1 adlı insan fermentini araşdırdılar.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Kiçik damcılardan böyük qazanclar

Tədqiqatçılar, ənənəvi yanaşmalara nisbətən 97%-ə qədər az protein istifadə edərkən, fermentin öz kofaktoru olan NADH adlı köməkçi molekulla necə qarşılıqlı təsir göstərməyə başladığının erkən anlarını ələ keçirə bildilər. NADH-ın fermentin içərisində necə bağlandığını və hərəkət etdiyini dəqiq anlamaq, alimlərə fermentin necə işlədiyini və xəstəlikdə necə hədəf alına biləcəyini daha yaxşı başa düşməyə kömək edə bilər.

Bioloji tapıntılar ilkin olsa da, texnoloji yenilik əhəmiyyətli bir irəliləyişdir. Tələb olunan zülal miqdarını kəskin şəkildə azaltmaqla, metod nadir, kövrək və ya çox miqdarda istehsalı çətin olan zülalları öyrənməyi mümkün edir. Bu, əvvəllər əlçatmaz olan bir çox təcrübəyə yol açır.

İnjektorun özü yüksək qətnaməli 3D çapdan istifadə edilərək hazırlanır və məhlulları qarışdıran və tələb olunduqda damcılar əmələ gətirən kiçik kanalları birləşdirir. Dizayn müasir XFEL qurğularının son dərəcə sürətli impuls strukturu ilə uyğun gəlir və bu da tədqiqatçılara dəyərli nümunələri israf etmədən bu milyard dollarlıq cihazların imkanlarından tam şəkildə istifadə etməyə imkan verir.

Bu, həmçinin hazırda ASU-da hazırlanan kompakt rentgen sərbəst elektron lazeri də daxil olmaqla, rentgen lazer texnologiyasını daha kompakt və əlçatan etmək üçün ortaya çıxan səyləri tamamlaya bilər .

Nəşr detalları

Diandra Doppler və digərləri, İnsan NQO1-in redoks dövrünə tətbiq olunan zamanla həll edilmiş serial kristalloqrafiya üçün minimuma endirilmiş nümunə istehlakı, Rabitə Kimyası (2026). DOI: 10.1038/s42004-026-01908-9

Jurnal məlumatları: Rabitə Kimyası 

Əsas anlayışlar

rentgen difraksiyasıhominoidlərBiomolekulyar və subhüceyrəvi proseslərOptika və lazerlərSürətləndirici tətbiqlərRentgen üsulları

Arizona Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilir