更快，更廉價(jià)的蛋白成像技術(shù)
日期：2012-03-08 08:39:00
來(lái)自美國(guó)哥德堡大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Lipidic phase membrane protein serial femtosecond crystallography”的文章，采用一種獨(dú)特設(shè)備，設(shè)計(jì)了一種更加有效的蛋白成像技術(shù)，這將有助于解析蛋白在分子水平如何工作的。相關(guān)成果公布在Nature Methods雜志上。
解析蛋白結(jié)構(gòu)，以及其在細(xì)胞中的作用對(duì)于了解很多生物學(xué)進(jìn)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(lái)自哥德堡大的生物化學(xué)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(jìn)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(shí)，并獲得了良好的效果。
文章的第一作者，哥德堡大學(xué)化學(xué)與分子生物學(xué)博士生Linda Johansson表示，“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們研發(fā)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(lái)確定膜蛋白結(jié)構(gòu)。”
未來(lái)的新標(biāo)準(zhǔn)
目前來(lái)說(shuō)對(duì)于蛋白結(jié)構(gòu)的測(cè)定，主要的技術(shù)方法包括X光衍射法、核磁共振譜法，以及傳統(tǒng)的單顆粒電鏡重構(gòu)。而要對(duì)蛋白成像存在兩個(gè)方面的主要問(wèn)題：第一個(gè)是獲得合適大小的蛋白晶體，其次是利用不會(huì)降解蛋白的方法進(jìn)行照射。雖然瑞典有一個(gè)同步生成X射線放射設(shè)備：位于隆德的Maxlab，但是這種技術(shù)不能滿足光密集度的要求，因此研究人員需要花上幾年時(shí)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(lái)對(duì)小蛋白成像——自由電子激光器能在極短脈沖中發(fā)射出密集的X射線，這種極短脈沖比光線橫向穿過(guò)我們的一根頭發(fā)的時(shí)間還短。這種設(shè)備最早出現(xiàn)在2009年的美國(guó)加州，目前已經(jīng)可以用于科研中。
Johansson說(shuō)，“獲得小蛋白晶體更容易，花費(fèi)的時(shí)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(lái)的標(biāo)準(zhǔn)，目前在瑞士，日本和德國(guó)，X射線自由電子激光器已經(jīng)在建造中。”
365000個(gè)圖像
通過(guò)來(lái)自瑞典，德國(guó)和美國(guó)的研究人員的共同努力，這項(xiàng)研究分析了某種細(xì)菌上的一個(gè)膜蛋白，這種細(xì)菌避光生長(zhǎng)。這種膜蛋白能在細(xì)胞膜之間運(yùn)送物質(zhì)，因此在細(xì)胞與周圍環(huán)境，以及其它細(xì)胞之間的溝通方面扮演了重要的角色。
“我們成功的創(chuàng)造了一種解析這種蛋白工作機(jī)制的模型”，Johansson說(shuō)，“下一步我們將拍攝這種蛋白的不同功能，比如光合作用過(guò)程中這種蛋白如何移動(dòng)。”
這項(xiàng)研究的一個(gè)關(guān)鍵成果是通過(guò)比以往少得多的圖像就能繪制蛋白結(jié)構(gòu)，利用自由電子激光器就有可能在一秒鐘內(nèi)獲得60個(gè)圖像，這意味著研究人員可以一處就可以獲得365000個(gè)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(jié)構(gòu)模型。
雖然x射線自由電子激光器（X-ray free electron laser，簡(jiǎn)稱X-FEL）造價(jià)昂貴，但是近年來(lái)也有了更加便宜的X-FEL。
來(lái)自荷蘭愛(ài)因霍芬科技大學(xué)研究人員開發(fā)了一種桌用型X-FEL，能大大的降低激光機(jī)成本。自由電子激光器發(fā)出超短x射線脈沖而不是可見(jiàn)光，而這些脈沖需要在至少1000米長(zhǎng)的加速器內(nèi)由電子加速產(chǎn)生，然后再轉(zhuǎn)化成x射線。這導(dǎo)致設(shè)備不僅造價(jià)昂貴，而且耗電量極大，同時(shí)操作麻煩，需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)才能完成。
新開發(fā)的桌用型X-FEL與普通X-FEL最大區(qū)別是它不把電子轉(zhuǎn)化成x射線，研究人員設(shè)計(jì)了完全可以使用電子來(lái)完成的實(shí)驗(yàn)，不必將其轉(zhuǎn)化成x射線。
