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Le guide del laser a elettroni liberi dei raggi x sondano più profondo nell'agente patogeno micidiale

La tularemia è una malattia rara ma spesso letale. È causata da uno degli agenti patogeni più aggressivi su terra, il tularensis di Francisella del batterio. Il microbo, trasportato da vari animali ed insetti, può fornire ed attaccare l'organismo attraverso un intervallo delle vie, con conseguente costellazioni differenti dei sintomi e gradi di severità.

La tularemia rimane capita male ed il vaccino non sicuro ed efficace esiste per la malattia. La mortalità estrema del tularensis del F. ed il suo potenziale essere aerosolizzatoe egualmente gli hanno reso un candidato di arma biologica, aumentante l'urgenza di comprensione della malattia e di sviluppare gli efficaci trattamenti.

In un nuovo studio, i ricercatori al centro di Biodesign per la scoperta strutturale applicata esaminano una proteina chiave della membrana responsabile della capacità prodigiosa del batterio di infettare l'organismo e di causare la malattia. Questo fattore di virulenza, conosciuto come Flpp3, è esaminato in dettaglio senza precedenti con l'aiuto di un laser a elettroni liberi dei raggi x o di un XFEL, un acceleratore massiccio e potente situato al laboratorio nazionale dell'acceleratore di SLAC, Stanford dei raggi x.

Gli usi della tecnologia di XFEL brillanti ed i flash estremamente brevi dei raggi x da sondare hanno cristallizzato i campioni di Flpp3, rivelanti la struttura dettagliata della proteina come mai prima. Paragonando le informazioni strutturali riunite dagli esperimenti di XFEL all'analisi strutturale precedente facendo uso di RMN, i ricercatori hanno sviluppato un modello più completo del modulo elaborato di Flpp3. (Gli studi precedenti hanno indicato che quando una codifica del gene per Flpp3 è resa non valida, gli effetti dell'agente patogeno di tularensis del F. sono diminuiti significativamente.)

Gli scienziati sperano finalmente di usare questi informazioni per sviluppare le droghe mirate a capaci di rendere non validi i beni della virulenza della proteina e di protezione contro tularemia. Gli avanzamenti nella comprensione hanno potuto anche aiutare gli scienziati a sviluppare un efficace vaccino contro la malattia in futuro. Corrente, soltanto i vaccini attenuati in tensione esistono per tularemia ed i rischi di infezione e di immunità insufficiente connesse con questo approccio hanno precluso l'uso di tali vaccini negli Stati Uniti.

Il Dott. James Zook del ricercatore di Biodesign insieme ai professor Petra Fromme e Abhishek Singharoy al centro di Biodesign per la scoperta strutturale applicata piombo il nuovo studio. Si unisce dai colleghi internazionali, compreso i ricercatori da DESY, SLAC, AstraZeneca, il Laboratorio europeo di biologia molecolare a Grenoble, Francia, tra l'altro.

Il PETRA Fromme, Direttore del centro per la scoperta strutturale applicata spiega l'importanza dei risultati:

Questo studio combina per la prima volta, le tecniche avanzate di XFEL con la modellistica RMN e molecolare per disfare il grande spazio conformazionale di Flpp3. Lo studio disfa le conformazioni differenti di questa proteina importante per la virulenza del batterio nel XFEL e nella struttura RMN quindi che mostrano la natura altamente dinamica di Flpp3. Questo studio è così emozionante poichè indica che le conformazioni molto differenti coesistono e sono convertite in a vicenda nelle circostanze fisiologiche.„

Virulenza di visualizzazione

Facendo uso dei dati strutturali dettagliati dall'analisi RMN e nuova di XFEL del fattore di virulenza di tularemia, i ricercatori hanno identificato un inibitore potenziale di Flpp3. Questi informazioni sono state ottenute dalle librerie virtuali disponibili che contengono le strutture dei frammenti della droga. Dopo, ad un metodo modellante basato a fisica, conosciuto come la dinamica molecolare (MD), se l'informazione dettagliata sulle fluttuazioni e sui cambiamenti conformazionali degli atomi e delle molecole nella proteina virulenza-collegata, ricercatori d'aiuto ottiene un più preciso colto sulla struttura e sul comportamento di Flpp3.

“Questo lavoro fornisce parecchie strutture di atomico-risoluzione di un fattore importante di virulenza dal batterio che causa la tularemia,„ secondo il ricercatore Dr.Debra Hansen, un co-author di Biodesign di nuovo studio. Le configurazioni della proteina identificate aiuteranno i ricercatori a perseguire alla la progettazione basata a struttura delle droghe che potrebbero essere efficaci contro la malattia evasiva, con l'ottimizzazione e l'inibizione di Flpp3.

Come il co-author ed il Dott. Abhishek Singharoy del ricercatore di Biodesign spiega, lo studio è considerevole per essere fra le prime indagini sulla flessibilità conformazionale della proteina scoperta con cristallografia a raggi x seriale di femtosecondo e RMN e confermata facendo uso delle simulazioni di dinamica (MD) molecolare.

I risultati del gruppo compaiono nella questione attuale della struttura del giornale della stampa delle cellule.

Minaccia persistente

La tularemia, anche conosciuta come febbre di coniglio, è una malattia infettiva rara, attaccante tipicamente gli occhi, l'interfaccia, i linfonodi ed i polmoni dopo l'infezione dal tularensis del batterio F. La malattia è endemica in America settentrionale come pure in molte zone di Europa e dell'Asia, sebbene i casi di tularemia siano rari e gli scoppi completi tendano a limitarsi alle regioni con risanamento difficile ed inaccessibilità alla sanità moderna.

La tularemia soprattutto pregiudica i mammiferi, specialmente roditori, conigli e lepri, sebbene a volte egualmente infetti gli uccelli, pecore ed animali domestici, compreso i cani, i caponi ed i criceti.

La malattia può essere sparsa agli esseri umani attraverso i morsi di insetto e dirigere l'esposizione ad un animale infettato. La malattia è estremamente contagiosa. Appena 10 celle batteriche possono essere interne e un singolo batterio può essere sufficiente per causare l'infezione. L'organismo può vivere per le settimane in suolo, nell'acqua ed in animali morti.

La tularemia può efficacemente essere trattata se individuata presto, sebbene il regime del trattamento possa essere lungo e complesso. La maggior parte infettati con i sintomi della visualizzazione di tularensis del F. entro tre - cinque giorni, sebbene possa catturare finchè due settimane.

La malattia esiste in vari moduli con i sintomi differenti, secondo come e dove i batteri entrano nell'organismo. Questi includono la tularemia ulceroglandular, i linfonodi gonfiati e dolorosi del modulo più comune, che produce le ulcere dell'interfaccia al sito dell'infezione, la febbre, i freddi, l'emicrania e l'esaurimento.

Altri moduli comprendono la tularemia ghiandolare, oculoglandular, orofaringea, polmonare e tifidea. Se lasciato non trattato, varie complicazioni severe dalla malattia possono seguire, compreso la meningite, l'infiammazione dei polmoni, l'irritazione intorno al cuore e l'infezione dell'osso.

Metodo di cristallo

Nello studio corrente, una tecnica conosciuta come cristallografia a raggi x seriale di femtosecondo è usata per sondare la struttura della proteina Flpp3. Qui, i brevi e raggi x brillanti scoppiano, approssimativamente miliardo volte più luminosi i raggi x convenzionali, direzione un jet dei cristalli “che volano„ tramite il raggio di raggi x. Il fischio intenso dei raggi x distrugge i cristalli ma prima di agire in tal modo, crea un reticolo di diffrazione su uno schermo. Gli impulsi dei raggi x sono ultracorti, durando appena 40 femtosecondi, che superano il danno dei raggi x, tenendo conto i dati essere raccolto alla temperatura ambiente nelle circostanze fisiologiche vicine. (1 fs = 10-15 secondi o un quadrillionth di un secondo.)

Il montaggio dei molti di questi scatti dei raggi x con l'aiuto dei computer permette il montaggio di un dettagliato, struttura 3D della proteina allo studio. Questa cosiddetta diffrazione prima del metodo della distruzione in primo luogo è stata aperta la strada a da Henry Chapman al Elektronen-Sincrotrone di Deutsches (DESY) con il gruppo a ASU nell'ambito del cavo di John Spence ed il PETRA Fromme ed i loro collaboratori.

I ricercatori hanno combinato i nuovi dati strutturali di XFEL con i loro studi RMN precedenti di Flpp3, osservando due stati distinti della proteina. Le simulazioni di MD hanno rivelato una struttura interna dell'intercapedine che è passeggero, suggerente che Flpp3 subisse un cambiamento conformazionale sottile.

L'approccio apre la porta allo sviluppo mirato a della droga puntato su diminuendo la mortalità di tularemia e video la potenza delle tecnologie combinate per aprire i dettagli della struttura e della dinamica della proteina.