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Los investigadores publican revista en la cristalografía serial del femtosegundo

Los investigadores del instituto de Moscú de la física y de la tecnología han publicado una revista en la cristalografía serial del femtosegundo, uno de los métodos más prometedores para analizar la estructura terciaria de proteínas. Esta técnica se ha desarrollado rápidamente durante la última década, abriendo las nuevas perspectivas del diseño racional de las drogas que apuntaban las proteínas previamente inaccesibles al análisis estructural. El artículo salió en el juicio de expertos del gorrón sobre descubrimiento de la droga.

Cristalografía de la radiografía

La cristalografía de la radiografía es uno de los métodos principales para revelar la estructura 3D de macromoléculas biológicas, tales como proteínas. Ha ayudado a determinar la estructura de enzimas y de receptores farmacológico importantes numerosos, habilitando el diseño de las drogas que apuntaban estas proteínas.

El método implica el cristalizar de una proteína y el estudiar de ella vía la difracción de radiografía. Primero la proteína se aísla y se purifica. Entonces el disolvente deseca gradualmente. Como consecuencia, las moléculas cuya estructura está siendo cristales investigados de la forma, caracterizadas por una orden interna. Exponiendo un cristal a las radiografías en un dispositivo especial, los investigadores obtienen una configuración de difracción. Contiene la información sobre las posiciones de átomos en el cristal. Un análisis cercano de la configuración revela la estructura 3D de las moléculas de proteína constitutivas.

Antes del advenimiento de este método, las nuevas drogas fueron buscadas sobre todo empírico: cambiando la estructura de las moléculas sabidas para afectar a la proteína del objetivo, o clasificación con matrices de moléculas en bibliotecas químicas. Ahora que las estructuras 3D de muchas proteínas del objetivo están disponibles, los investigadores pueden verlas en una pantalla de ordenador y clasificación rápidamente con millones de composiciones que exploran para los candidatos de la droga. Que la manera ellos salva mucha hora y dinero gastados previamente en síntesis química y “moje” los experimentos.

La cristalografía de la radiografía produce los buenos resultados para los cristales que son grandes, estables, y homogéneos - es decir, sin impurezas o defectos estructurales. Para descubrir mejor una señal débil de la difracción, un pulso potente de la radiación es necesario, pero no tan potente en cuanto a destruya el cristal. En cristalografía convencional de la radiografía, un cristal de la proteína se gira en el haz de radiografía a las configuraciones de difracción de la producción para las diversas orientaciones espaciales. Esto captura la información máxima sobre la estructura.

Método para los objetivos difíciles

Pronto después de que emergiera la cristalografía de la radiografía, se ponía de manifiesto que no todas las macromoléculas biológicas pueden ser cristalizadas. Algunas proteínas se disuelven ordinariamente en el ambiente interno de la célula. Es tan bastante fácil ponerlas en la solución, evaporarlas, y obtener un cristal regular grande. Pero proteínas de la membrana, muchos receptores entre ellos, cristales de la forma que no son grandes y bastante puros para la cristalografía estándar de la radiografía. Que dicha, muchas de estas proteínas están implicadas en el revelado de la enfermedad, significando su estructura está de gran interés a los farmacólogos.

Menos que hace una década, una solución fue encontrada para las proteínas de la membrana. Esta nueva técnica, llamada cristalografía serial de la radiografía del femtosegundo, o SFX, confía en los laseres de electrón libre de la radiografía, poco antes SFX desarrollado.

Alexey Mishin, co-autor del estudio y vicedirector del laboratorio para la biología estructural de receptores en MIPT:

Qué lo hace una tecnología de la ruptura es una densidad de energía muy alta del pulso del laser. El objeto se expone a tal radiación potente que cae aparte, inevitable y casi inmediatamente. Pero antes de que lo haga, algunos quantums individuales de la dispersión del pulso del laser de la muestra y terminar hacia arriba en el detector. Éste es el supuesto principio de la difracción-antes-destrucción para estudiar la estructura de la proteína original.”

Los laseres de electrón libre de la radiografía probaron biología exterior útil: En los últimos años, SFX ha sido utilizado cada vez más a menudo por los físicos y los químicos, también. El primer dispositivo estaba disponible para los experimentadores en 2009, y ahora hay cinco centros abiertos a los investigadores en los E.E.U.U., el Japón, Corea del Sur, la Alemania, y Suiza. Un nuevo se está construyendo en China, y la instalación de los E.E.U.U. -- históricamente primer -- ha anunciado los planes para la modernización.

Mientras que la nueva tecnología ha ofrecido a investigadores una ojeada en la estructura de las proteínas que eludían previamente análisis, también ha ascendido soluciones técnicas y matemáticas nuevas. La cristalografía convencional de la radiografía implica el exponer de un cristal a la radiación de diversos ángulos y el analizar de las configuraciones de difracción resultantes colectivamente. En SFX, el cristal es destruido inmediatamente por la primera acción recíproca con un pulso potente de la radiografía. Los investigadores necesitan tan relanzar el proceso con muchos pequeños cristales y analizar los datos “seriales” generados así, por lo tanto el nombre del método.

Otro reto está seleccionando las muestras para SFX. En cristalografía convencional de la radiografía, simple elegir el cristal más grande y más de alta calidad era la manera de ir. Esto se podía hacer manualmente, observando las muestras disponibles. El nuevo procedimiento requiere el trabajo con una suspensión de muchos pequeños cristales de la talla y de la calidad diversas. Las centrifugadoras y los filtros con dimensiones sabidas del poro son utilizados para separar los cristales por talla.

Las maneras para colocar muestras en la cámara tuvieron que ser elaboradas, también. Los laseres de electrón libre de la radiografía tienen cierta frecuencia máxima en la cual puedan emitir pulsos de la radiación. Para reducir los costos y el consumo del tiempo, los nuevos cristales se deben introducir en la cámara en la misma frecuencia. Hasta ahora dos aproximaciones se han desarrollado para hacer esto. Bajo primer, los cristales incorporan la cámara en una suspensión líquida, suministrada por un inyector. La tobera que sale del inyector “es exprimida” por una corriente del gas para asegurar la colocación correcta de la muestra. Es decir, al pasar a través, un cristal termina hacia arriba exacto en el centro de rayo láser. Alternativamente, los cristales de la proteína se pueden extender por un substrato transparente a las radiografías e introducir automáticamente en el de rayo láser antes de cada pulso.

Desde producir sus primeros resultados en 2011, SFX ha revelado sobre 200 estructuras de la proteína. Entre ellas son 51 objetivos potencialmente importantes para la farmacología -- receptores de la membrana, fermentos, proteínas virales, etc. -- eso era inaccesible a las técnicas analíticas convencionales.

La revista sistemática de la tecnología en relación a biología y de la farmacología de las personas de MIPT ningún socorro de la duda otros investigadores que intentan obtener las estructuras de los objetivos dominantes de la droga para desarrollar nuevas medicaciones.

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