Search Posts

Ny teknik til studier af proteiner

 

Game-changer: Ny teknologi kan transformere bioteknologi

(tekst er maskinoversat til dansk)

Joshua Coon Lab har forenet kraften i to store værktøjer inden for bioteknologi .

I forskning offentliggjort 27. april 2022 i Nature Communications beskriver laboratoriet et spilskiftende fremskridt, der gifter sig med massespektrometri og elektronmikroskopi (EM).

"Dette arbejde er kulminationen på en næsten fem-årig indsats for at koble massespecifikationsteknologi til EM," siger Joshua Coon , Thomas & Margaret Pyle Chair ved Morgridge Institute og en UW-Madison professor i biomolekylær kemi.

I papiret beskriver holdet modifikation af et Orbitrap-massespecifikationsinstrument for at 'rette' enkeltpartikelproteinkomplekser mod en kemisk matrix direkte fra massespecifikationens ionstråle.

Det er vigtigt, at den nye teknologi giver det første bevis på, at 3D-strukturen af ​​proteiner bibeholdes, mens de gennemgår massespecifikationsanalyse, og at atomstrukturer bevarer deres oprindelige former uden for det naturlige miljø. Denne opdagelse giver et stort skridt i tilliden, som forskere på tværs af alle biologiområder kan have i deres eksperimentelle resultater.

"Joshs laboratorium gør ting, ingen troede kunne gøres," siger Brad Schwartz , Morgridge CEO. "De elsker at lave bedre teknologi, og det hele har til formål at hjælpe andre forskere med at gøre deres arbejde bedre. Morgridge Institute investerer i videnskabsmænd som Josh og hans team, fordi han gør, hvad ingen andre har gjort før."

Massespecifikationer er blevet et af moderne biologis must-have værktøjer – teknologien kan bestemme den præcise kemiske identitet af et stof, måle molekylmassen af ​​forbindelser i en prøve og kvantificere deres overflod.

Coon Lab har specialiseret sig i massespecifikationer og specifikt i at udvikle instrumenter og teknologier til at hjælpe forskere med at løse grundlæggende spørgsmål inden for biologi. Det førte holdet, med Mike Westphall i spidsen , en fremtrædende instrumentinnovator, på vej til at forene potentialet i massespecifikationer med elektronmikroskopi.

Elektronmikroskopi er en transformativ teknologi for biologer, fordi den belyser de mindste stykker af levende organismer. Og i tilfælde af cyro-elektronmikroskopi afslører den atomstrukturen af ​​proteiner. Disse mikroskoper hjælper med at afsløre de mindste strukturer af celler, hvilket er et af de første skridt til at forstå virkningen af ​​sygdomme og lidelser på menneskers sundhed.

"Jeg så arbejdet som meget unikt, en ting, man kun kan gøre ét sted. Det virkede som om Coon Lab gjorde den ene ting, som ingen andre virkelig nogensinde kunne gøre."

Kenny Lee

Coon Labs nye teknologi, som begyndte udviklingen for mere end fem år siden, har nu magten til at påvirke både massespecifikationerne og EM-felterne.

"Dette var lidt af første gang, dette nogensinde er blevet gjort i en verden af ​​massespecifikationer," siger Westphall. "Gennem årene har folk forsøgt at få ting op på et EM-gitter eller på en anden overflade, og de var i stand til at få et billede af en eller to partikler, men aldrig nok til faktisk at begynde at se på selve den fuldt samlede molekylære struktur."

Kickstartet af Westphall omfatter holdet nu en lille gruppe praktikanter, som er forfattere på papiret, inklusive Kenny Lee , en postdoc-forsker; Austin Salome , en kandidatstuderende; og Jean Lodge, en alumna fra Coon Lab og nu videnskabsmand hos Eli Lilly. 

I en spændende forskningsretning håber de at øge opløsningen, følsomheden, omfanget og gennemløbet af cryo-EM-proteinbilleddannelse. Dette kan også have en indvirkning på forberedelse af elektronmikroskopiprøver i en lang række applikationer.

"Det var en ting, der virkelig fangede min opmærksomhed," siger Lee, der sluttede sig til Coon Lab efter at have afsluttet sin ph.d. ved Purdue University. "Jeg så arbejdet som meget unikt, en ting, man kun kan gøre ét sted. Det virkede som om Coon Lab gjorde den ene ting, som ingen andre virkelig nogensinde kunne gøre."

Igennem teknologiens mange iterationer måtte holdet overvinde en stor udfordring: de landede partikler på nettet, men billederne i elektronmikroskopet var et forvrænget rod.

"I begyndelsen prøvede vi så mange forskellige ting for at forstå, hvorfor det ikke virkede. Når du ikke får noget, er det virkelig svært at indsnævre, hvad der sker," husker Lee. "Jeg ved ikke, hvad jeg tænkte på, men på et tidspunkt troede jeg, at vi måtte give noget."

Glycerol, viser det sig, er det, der hjalp Coon Lab med at få noget på mikroskopet.  

Glycerol bruges ofte i fødevareindustrien og fødevarevidenskaben som konserveringsmiddel, siger Westphall. Det er ikke helt klart, hvordan glycerol virker i denne sammenhæng – det danner enten en kokon, der holder molekylerne på plads til billeddannelse, eller det kan erstatte vandet på en eller anden måde.

Og så begyndte gruppen at belægge molekyler i glycerol. De udnyttede yderligere samarbejdsmiljøet på Morgridge Institute for at søge ekspertise og råd fra Tim Grant , en Morgridge-forsker i virologi, som har specialiseret sig i elektronmikroskopi og er forfatter på papiret.

"Jeg var straks begejstret over potentialet i denne teknologi til at revolutionere den måde, cryo-EM-prøver laves på og løse en række af de begrænsninger, som cryo-EM har i øjeblikket," siger Grant. "Dette papir repræsenterer et glimrende skridt mod skabelsen af ​​cryo-EM prøver, der vil føre til bedre opløsninger og evnen til at løse strukturer, som ikke kan løses med de nuværende teknikker."

Med Grants hjælp;og mange iterationer med landingspartikler belagt med glycerol; holdet afbildede en fuldt samlet molekylær struktur i mikroskopet, den første inden for massespecifikationer og EM – med potentiale til at påvirke cryo-EM. "Det viser, at massespektrometri kan bruges som en strukturel analyseteknik til at komplementere andre store strukturelle analyseteknikker som mikroskopi, krystallografi og så videre," siger Lee.

KILDE (29. april 2022):

Game-changer: New tech could transform biotechnology

Leave a Reply