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Les aides de laser à électrons libres de rayon X sondent plus profond dans l'agent pathogène mortel

La tularémie est une maladie rare mais souvent mortelle. Elle est provoquée par un des agents pathogènes les plus agressifs sur terre, le tularensis de Francisella de bactérie. Le microbe, transporté par un grand choix d'animaux et d'insectes, peut entrer dans et attaquer le fuselage par une gamme des voies, ayant pour résultat différentes constellations de sympt40mes et de degrés de gravité.

La tularémie reste mal comprise et le vaccin pas sûr et efficace existe pour la maladie. Le pouvoir de destruction extrême du tularensis de F. et son potentiel d'aerosolized lui ont également effectué un candidat de bioweapon, augmentant l'urgence de comprendre la maladie et de développer des traitements efficaces.

Dans une étude neuve, les chercheurs au centre de Biodesign pour la découverte structurelle appliquée examinent une protéine principale de membrane responsable de la capacité prodigieuse de la bactérie d'infecter le fuselage et d'entraîner la maladie. Ce facteur de virulence, connu sous le nom de Flpp3, est examiné dans le petit groupe sans précédent à l'aide d'un laser ou d'un XFEL de libre-électron de rayon X, à un accélérateur massif et puissant de rayon X situé au laboratoire national d'accélérateur de SLAC, Stanford.

Les utilisations de technologie de XFEL brillantes et les bavures extrêmement courtes des rayons X à sonder crystalized des échantillons de Flpp3, indiquant la structure détaillée de la protéine en tant que jamais avant. En comparant les informations structurelles recueillies par des expériences de XFEL avec l'analyse de la structure précédente utilisant RMN, les chercheurs ont développé un modèle plus complet de forme élaborée de Flpp3. (Les études précédentes ont prouvé que quand un codage de gène pour Flpp3 est handicapé, les effets de l'agent pathogène de tularensis de F. sont sensiblement diminués.)

Les scientifiques espèrent employer éventuellement cette information pour développer les médicaments visés capables de désactiver les propriétés de la virulence de la protéine et de la protection contre la tularémie. Les avances dans la compréhension ont pu également aider des scientifiques à développer un vaccin efficace contre la maladie à l'avenir. Actuel, seulement les vaccins atténués sous tension existent pour la tularémie, et l'immunité de risque d'infection et insuffisante liée à cette approche ont exclu l'utilisation de tels vaccins aux USA.

M. de chercheur de Biodesign James Zook avec professeurs Petra Fromme et Abhishek Singharoy au centre de Biodesign pour la découverte structurelle appliquée a abouti l'étude neuve. Il est joint par les collègues internationaux, y compris des chercheurs de DESY, SLAC, AstraZeneca, le laboratoire de biologie moléculaire européen à Grenoble, France, notamment.

PETRA Fromme, directeur du centre pour la découverte structurelle appliquée explique l'importance des résultats :

Cette étude combine, pour la première fois, des techniques de pointe de XFEL avec la modélisation RMN et moléculaire pour se démêler le grand espace conformationnel de Flpp3. L'étude se démêle différentes conformations de cette protéine importante pour la virulence de la bactérie dans le XFEL et la structure RMN montrant de ce fait la nature hautement dynamique de Flpp3. Cette étude est ainsi excitant pendant qu'elle prouve que les conformations très différentes coexistent et sont converties en l'un l'autre dans des conditions physiologiques. »

Virulence de visualisation

Utilisant des caractéristiques structurelles détaillées de l'analyse RMN et neuve de XFEL du facteur de virulence de tularémie, les chercheurs ont recensé un inhibiteur potentiel de Flpp3. Cette information a été obtenue à partir des bibliothèques virtuelles procurables contenant des structures des éclats de médicament. Ensuite, une méthode de modélisation basée sur physique, connue sous le nom de dynamique moléculaire (MD), si les informations détaillées sur les variations et les changements conformationnels des atomes et des molécules de la protéine virulence-jointe, les chercheurs de aide obtiennent un plus précis affiché sur la structure et le comportement de Flpp3.

« Ce travail fournit plusieurs structures d'atomique-définition d'un facteur important de virulence de la bactérie qui entraîne la tularémie, » selon le chercheur Dr.Debra Hansen, un co-auteur de Biodesign de l'étude neuve. Les configurations de protéine recensées aideront des chercheurs à poursuivre le modèle basé sur structure des médicaments qui pourraient être efficaces contre la maladie évasive, par la désignation d'objectifs et l'inhibition de Flpp3.

Comme le co-auteur et M. Abhishek Singharoy du chercheur de Biodesign explique, l'étude est remarquable pour être parmi les premières investigations sur la souplesse conformationnelle de protéine découverte avec la cristallographie séquentielle de rayon X de femtoseconde et RMN et confirmée utilisant des simulations de dynamique (MD) moléculaire.

Les découvertes du groupe apparaissent dans la question actuelle de la structure de tourillon de pression de cellules.

Danger persistant

La tularémie, également connue sous le nom de fièvre de lapin, est une maladie infectieuse rare, attaquant type les yeux, la peau, les ganglions lymphatiques et les poumons après l'infection par le tularensis de la bactérie F. La maladie est endémique en Amérique du Nord ainsi que dans beaucoup de régions de l'Europe et de l'Asie, bien que les cas de la tularémie soient rares et de véritables manifestations tendent à être limitées aux régions avec l'hygiène et l'inaccessibilité faibles à la santé moderne.

La tularémie affecte principalement des mammifères, en particulier rongeurs, des lapins et des lièvres, bien qu'elle infecte parfois également des oiseaux, moutons, et des animaux domestiques, y compris des crabots, des chats et des hamsters.

La maladie peut être écartée aux êtres humains par des piqûres d'insectes et diriger l'exposition à un animal infecté. La maladie est extrêmement contagieuse. Juste 10 cellules bactériennes peuvent être fatales et une bactérie unique peut être suffisante pour entraîner l'infection. L'organisme peut vivre pendant des semaines chez la saleté, l'eau et les animaux morts.

La tularémie peut être effectivement traitée si trouvée tôt, bien que le régime de demande de règlement puisse être prolongé et complexe. Le plus infecté avec des sympt40mes d'étalage de tularensis de F. dans trois à cinq jours, bien qu'elle puisse prendre tant que deux semaines.

La maladie existe sous un grand choix de formes avec des sympt40mes différents, selon la façon dont et où les bactéries entrent dans le fuselage. Celles-ci comprennent la tularémie ulceroglandular, les presse-étoupe gonflés et douloureux de la forme la plus courante, qui produit des ulcères de la peau au site de l'infection, de lymphe, la fièvre, les frissons, le mal de tête et l'épuisement.

D'autres formes comprennent la tularémie adénoïde, oculoglandular, oro-pharyngée, pneumonique, et typhoïdique. Si laissé non traité, un grand choix de complications sévères de la maladie peuvent suivre, y compris la méningite, l'inflammation des poumons, l'irritation autour du coeur et l'infection de l'os.

Méthode en cristal

Dans l'étude actuelle, une technique connue sous le nom de cristallographie séquentielle de rayon X de femtoseconde est employée pour sonder la structure de la protéine Flpp3. Ici, le bref et brillant rayon X éclate, rugueux milliard de fois plus lumineux les rayons X que conventionnels, heurtent un avion à réaction des cristaux « volant » par le faisceau de rayons X. Le souffle fort de rayon X détruit les cristaux mais avant de faire ainsi, produit un diagramme diffraction sur un écran. Les pouls de rayon X sont ultra-courts, durant juste 40 femtosecondes, qu'ils dépassent les dégâts de rayon X, tenant compte pour que les caractéristiques soient rassemblées à la température ambiante dans des conditions physiologiques proches. (1 fs = 10-15 secondes ou un quadrillionth d'une seconde.)

Assembler plusieurs de ces coups de feu de rayon X à l'aide des ordinateurs permet l'ensemble d'un détaillé, la structure 3D de la protéine à l'étude. Cette soi-disant diffraction avant la méthode de destruction a été frayée un chemin la première fois par Chapman de Henry au l'Elektronen-Synchrotron de Deutsches (DESY) avec l'équipe à ASU sous le fil de John Spence et PETRA Fromme et leurs collaborateurs.

Les chercheurs ont combiné les caractéristiques structurelles neuves de XFEL avec leurs études RMN précédentes de Flpp3, observant deux conditions distinctes de la protéine. Les simulations de DM ont indiqué une structure interne de cavité qui est transitoire, proposant que Flpp3 subisse une modification conformationnelle subtile.

L'approche ouvre la trappe au développement visé de médicament visé réduisant le pouvoir de destruction de la tularémie et manifeste le pouvoir des technologies combinées pour débloquer les détails de la structure des protéines et de la dynamique.