Ученые, использующие мощные рентгеновские лучи для изучения кристаллов протеина, сталкиваются с дилеммой: лучи представляют собой лучший инструмент для понимания структуры и биологической функции протеина, но они часто повреждают кристалл, что может потребовать повторных экспериментов, которые увеличивают время и затраты на исследование. исследовать.«Хотя рентгеновская кристаллография — это наиболее распространенный метод определения структуры и функции белков, он не обходится без проблем», — сказал Анджей Йоахимиак из Аргонна. Использование мощных рентгеновских лучей вызывает радиационное повреждение, приводящее к потере данных и слабой дифракции кристаллов. В конце концов, это приводит к неполной картине структуры и того, как молекулы взаимодействуют друг с другом и своим окружением.
«Проблема возникает, когда кристалл белка поглощает энергию поступающих рентгеновских лучей, которые испускают электроны, которые разрушают или изменяют части образца», — сказал Йоахимиак.Исследовательская группа изучила три различных метода на основе рентгеновских лучей для решения белковых структур и рекомендовала один, называемый «фокусировка субмикронной линии», как наиболее многообещающий для решения этой дилеммы.
Как следует из названия, луч попадает на кристалл белка с площадью меньше микрометра или меньше одной тысячной миллиметра. Крошечная зона удара сводит к минимуму повреждения.
Как и его название, луч сфокусирован в виде вертикальной линии, доставляя более концентрированную дозу рентгеновского излучения на область.Исследователи также предложили использовать новую линзу, которую они разработали, которая разбивает мощный луч на множество мини-лучей, расположенных достаточно далеко друг от друга, чтобы повреждения, создаваемые одним мини-лучом, лежали за пределами области, исследуемой соседними мини-лучами.
«Тщательно расставляя лучи, мы можем уменьшить ущерб, собрать более точные данные и сделать это быстрее», — сказал Иоахимиак. «А поскольку одновременно выпускается несколько лучей, а не только один, мы можем собрать большее количество полезных данных».Синхротронные установки, такие как Advanced Photon Source (APS) Министерства энергетики США в Аргонне, содержат системы ускорителей частиц, предназначенные для получения чрезвычайно ярких и высокоэнергетических рентгеновских лучей.
На этих объектах ученые могут глубоко изучить атомную структуру молекул с помощью метода рентгеновской кристаллографии.Ученым необходимо увидеть, как выглядят молекулы, особенно белки.
Хотя молекулы слишком малы, чтобы их можно было визуализировать напрямую, их форму можно восстановить, посмотрев на модели того, как рентгеновские лучи дифрагируют или рассеиваются от них. Кристаллография использует кристаллы белков, потому что кристаллы имеют повторяющиеся узоры, которые дают ученым достаточно данных для восстановления точной формы в виде трехмерной модели. Из этой формы ученые часто могут определять химические взаимодействия и процессы, которые можно использовать для создания фармацевтических препаратов.В этом исследовании команда исследовала глубину проникновения повреждающих электронов и распространение поврежденной области на кристалле белка.
Хотя более ранние исследования выявили проблему, эта команда первой собрала данные с высоким разрешением и напрямую измерила поврежденную область с помощью луча с линейной фокусировкой. Команда также обнаружила, что в предыдущих работах недооценивалась глубина проблемы.
Полученные данные помогут исследователям синхротронов, поскольку они продолжают разрабатывать более блестящие и мощные инструменты, такие как те, что используются в APS.Результаты и рекомендации описаны в статье, опубликованной в августе в Acta Crystallographica Раздел D: Биологическая кристаллография, под названием «Смягчение рентгеновских лучей в кристаллографии макромолекул за счет субмикрометровой фокусировки линий».