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Os pesquisadores publicam a revisão no cristalografia de série do femtosegundo

Os pesquisadores do instituto de Moscovo da física e da tecnologia publicaram uma revisão no cristalografia de série do femtosegundo, um dos métodos os mais prometedores para analisar a estrutura terciária das proteínas. Esta técnica evoluiu ràpida ao longo da última década, abrindo perspectivas novas para o projecto racional das drogas que visam as proteínas previamente inacessíveis à análise estrutural. O artigo saiu na peritagem do jornal na descoberta da droga.

Cristalografia do raio X

O cristalografia do raio X é um dos métodos principais para revelar a estrutura 3D de macromoléculas biológicas, tais como proteínas. Ajudou a determinar a estrutura de enzimas e dos receptors farmacològica importantes numerosos, permitindo o projecto das drogas que visam estas proteínas.

O método envolve cristalizar uma proteína e estudá-la através da difracção de raio X. Primeiramente a proteína é isolada e refinada. Então o solvente seca gradualmente. Em conseqüência, as moléculas cuja a estrutura está sendo cristais investigados do formulário, caracterizadas por um pedido interno. Expor um cristal aos raios X em um dispositivo especial, os pesquisadores obtêm um teste padrão de difracção. Contem a informação nas posições dos átomos no cristal. Uma análise próxima do teste padrão revela a estrutura 3D das moléculas de proteína constitutivas.

Antes do advento deste método, as drogas novas foram procuradas na maior parte empìrica: mudando a estrutura das moléculas conhecidas para afectar a proteína do alvo, ou classificando com as disposições de moléculas em bibliotecas químicas. Agora que as estruturas 3D de muitas proteínas do alvo estão disponíveis, os pesquisadores podem vê-las em um ecrã de computador e rapidamente classificá-las com milhões de compostos que procuraram por candidatos da droga. Que a maneira eles salvar muitos hora e dinheiro gastados previamente na síntese química e “molhe” experiências.

O cristalografia do raio X produz bons resultados para os cristais que são grandes, estáveis, e homogêneos - isto é, sem impurezas ou defeitos estruturais. Para detectar melhor um sinal fraco da difracção, um pulso poderoso da radiação é necessário, mas não tão poderoso a respeito de destrua o cristal. No cristalografia convencional do raio X, um cristal da proteína é girado no feixe de raio X aos testes padrões de difracção do produto para várias orientações espaciais. Isto captura a informação máxima na estrutura.

Método para alvos complicados

Logo depois que o cristalografia do raio X emergiu, tornou-se claro que não todas as macromoléculas biológicas podem ser cristalizadas. Algumas proteínas são dissolvidas ordinariamente no media interno da pilha. Assim é razoavelmente fácil pô-los na solução, evaporá-los, e obter um grande cristal regular. Mas proteínas da membrana, muitos receptors entre eles, cristais do formulário que não são grandes e puros bastante para o cristalografia padrão do raio X. Que ditos, muitas destas proteínas estão envolvidas na revelação da doença, significando sua estrutura é do grande interesse aos farmacologista.

Menos do que uma década há, uma solução foi encontrado para proteínas da membrana. Esta técnica nova, chamada cristalografia de série do raio X do femtosegundo, ou SFX, confia nos lasers do livre-elétron do raio X, pouco antes SFX desenvolvido.

Alexey Mishin, co-autor do estudo e vice-director do laboratório para a biologia estrutural dos receptors em MIPT:

O que o faz uma tecnologia da descoberta está muito a uma densidade de alta energia do pulso do laser. O objeto é expor a tal radiação poderosa que cai distante, inevitàvel e quase imediatamente. Mas antes que fizer, alguns quantum individuais do scatter do pulso do laser fora da amostra e para terminar acima no detector. Este é o princípio assim chamado da difracção-antes-destruição para estudar a estrutura da proteína original.”

Os lasers do livre-elétron do raio X provaram a biologia exterior útil: Ao longo dos últimos anos, SFX foi usado cada vez mais frequentemente por físicos e por químicos, demasiado. O primeiro dispositivo tornou-se disponível aos experimentadores em 2009, e agora há cinco centros abertos aos pesquisadores nos E.U., no Japão, na Coreia do Sul, na Alemanha, e no Suíça. Um novo está sendo construído em China, e na facilidade dos E.U. -- historicamente primeiro -- anunciou planos para a modernização.

Quando a nova tecnologia oferecer a pesquisadores um relance na estrutura das proteínas que iludem previamente a análise, igualmente promoveu soluções técnicas e matemáticas novas. O cristalografia convencional do raio X envolve expr um cristal à radiação dos vários ângulos e analisar os testes padrões de difracção resultantes colectivamente. Em SFX, o cristal é destruído imediatamente pela primeira interacção com um pulso poderoso do raio X. Assim os pesquisadores precisam de repetir o processo com muitos cristais pequenos e de analisar os dados “de série” gerados assim, daqui o nome do método.

Um desafio mais adicional está seleccionando as amostras para SFX. No cristalografia convencional do raio X, simplesmente escolher o cristal o maior e o mais de alta qualidade era a maneira de ir. Isto podia ser feito manualmente, eyeing as amostras disponíveis. O procedimento novo exige o trabalho com uma suspensão de muitos cristais pequenos do tamanho e da qualidade de variação. Os centrifugadores e os filtros com dimensões conhecidas do poro são usados para separar os cristais pelo tamanho.

As maneiras para colocar amostras na câmara tiveram que ser elaboradas, demasiado. Os lasers do livre-elétron do raio X têm alguma freqüência máxima em que podem se emitir pulsos da radiação. Para reduzir as despesas e o consumo do tempo, os cristais novos devem ser alimentados na câmara na mesma freqüência. Até agora duas aproximações foram desenvolvidas fazendo isto. Sob primeiro, os cristais incorporam a câmara a uma suspensão líquida, fornecida por um injector. O jato que sae do injector “é espremido” por um córrego do gás para assegurar a colocação correcta da amostra. Isto é, ao passar completamente, um cristal termina acima precisamente no centro do raio laser. Alternativamente, os cristais da proteína podem ser espalhados sobre uma carcaça transparente aos raios X e automaticamente ser alimentados no raio laser antes de cada pulso.

Desde a produção de seus primeiros resultados em 2011, SFX revelou sobre 200 estruturas da proteína. Entre elas são 51 alvos potencial importantes para a farmacologia -- receptors da membrana, fermento, proteínas virais, etc. -- isso usou-se para ser inacessível às técnicas analíticas convencionais.

A revisão sistemática da tecnologia para a biologia e da farmacologia pela equipe de MIPT ajudará sem dúvida a outros pesquisadores que procuram obter as estruturas dos alvos chaves da droga para desenvolver medicamentações novas.

Source:
Journal reference:

Mishin, A. et al. (2019) An outlook on using serial femtosecond crystallography in drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery. doi.org/10.1080/17460441.2019.1626822