Un equipo internacional de científicos utilizó un láser de rayos X en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía para determinar la estructura del "capullo" de proteína cristalina de un virus de insecto.
Los diminutos capullos fueron, con mucho, los cristales de proteína más pequeños jamás fotografiados con cristalografía de rayos X, y los resultados señalan el camino para usar cristales aún más pequeños, o incluso proteínas no cristalizadas y otras biomoléculas, para el análisis de la estructura.
Usando la fuente de luz coherente Linac LCLS de SLAC, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, los investigadores golpearon casi 500,000 capullos con pulsos de rayos X, creando patrones de difracción en un detector que fueron compilados para formar una imagen de la estructura del capullo conuna resolución de 0,2 nanómetros. El análisis se publicó en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
La capacidad de observar la estructura de una proteína proporciona pistas sobre cómo se comporta la molécula, información que se puede aplicar a una amplia gama de campos como la medicina, la agricultura y los procesos industriales. Este estudio analizó el granulovirus de Cydia pomonella CpGV, que infectalas orugas de la polilla de la manzana Cydia pomonella y también se utiliza como pesticida biológico el virus es inofensivo para los humanos.
"Durante los últimos 50 años, los científicos han determinado las estructuras de más de 100.000 proteínas", dice Henry Chapman, científico de Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY en Alemania y líder del equipo de investigación. "Con mucho, la herramienta más importanteporque esto es cristalografía de rayos X ".
Normalmente, los científicos que realizan cristalografía de rayos X crean cristales que contienen muchas copias de la proteína que quieren estudiar. LCLS les ha permitido estudiar cristales mucho más pequeños que antes, con la capacidad de capturar imágenes con pulsos de rayos X ultrarrápidos antes de que seandañada por la intensa radiación. Esto elimina un obstáculo importante para el estudio de proteínas que son difíciles de convertir en cristales grandes.
En este caso, el virus tiene un capullo hecho de proteínas cristalizadas formadas naturalmente. Cada uno de los cristales contenía alrededor de 9.000 copias de la proteína, unas mil veces más pequeñas que los cristales utilizados antes.
Antes de este resultado, el tamaño de cristal típico utilizado para la determinación estructural en LCLS era de aproximadamente cinco micrones, con el más pequeño del orden de un micrón [1000 nanómetros], dice Sebastien Boutet, científico de SLAC y coautor del artículo.
"Hemos reducido las capacidades de LCLS en la región submicrónica mediante el uso de un enfoque extremo que crea un haz más intenso en la muestra diminuta", dice Boutet.
LCLS inició la iniciativa de obtención de imágenes de partículas individuales para trabajar en la obtención de imágenes a escala atómica de muchos tipos de muestras biológicas. Para abordar los desafíos técnicos, estos esfuerzos han incluido la caracterización detallada de haces y detectores. Este esfuerzo se beneficiará de desarrollos futuros, como la construcción de nuevos detectoresy mejora de los espejos para mejorar la calidad del haz.
Este documento establece un camino para el uso de láseres de electrones libres para obtener estructuras de proteínas y otras biomoléculas sin tener que cristalizarlas en absoluto. En el futuro, el equipo de investigación espera observar estructuras aún más pequeñas con el mismo nivel de detalle.
"Las simulaciones basadas en nuestras mediciones sugieren que nuestro método probablemente pueda usarse para determinar la estructura de cristales aún más pequeños que constan de solo cientos o miles de moléculas", dice Chapman. "Esto nos lleva un gran paso más allá hacia nuestro objetivo de analizarmoléculas individuales. "
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Materiales proporcionado por Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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