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As ajudas do laser de elétron livre do raio X sondam mais profundo no micróbio patogénico mortal

O Tularemia é uma doença rara mas frequentemente letal. É causado por um dos micróbios patogénicos os mais agressivos na terra, o tularensis de Francisella da bactéria. O micróbio, transportado por uma variedade de animais e insectos, pode incorporar e atacar o corpo através de uma escala dos caminhos, tendo por resultado constelações diferentes de sintomas e graus de severidade.

O Tularemia permanece compreendido deficientemente e a vacina não segura e eficaz existe para a doença. A mortalidade extrema do tularensis do F. e seu potencial ser aerosolized igualmente fizeram-lhe um candidato do bioweapon, aumentando a urgência de compreender a doença e de desenvolver tratamentos eficazes.

Em um estudo novo, os pesquisadores no centro de Biodesign para descoberta estrutural aplicada examinam uma proteína chave da membrana responsável para que a capacidade prodigiosa da bactéria contamine o corpo e cause a doença. Este factor da virulência, conhecido como Flpp3, é examinado em detalhe inaudito com o auxílio de um laser ou de um XFEL do livre-elétron do raio X, um acelerador maciço e poderoso situado no laboratório nacional do acelerador de SLAC, Stanford do raio X.

Os usos da tecnologia de XFEL brilhantes e os flashes extremamente curtos dos raios X a sondar crystalized as amostras de Flpp3, revelando a estrutura detalhada da proteína como nunca antes. Comparando a informação estrutural recolhida por experiências de XFEL com a utilização precedente da análise estrutural NMR, os pesquisadores desenvolveram um modelo mais completo do formulário elaborado de Flpp3. (Os estudos precedentes mostraram que quando uma codificação do gene para Flpp3 for deficiente, os efeitos do micróbio patogénico do tularensis do F. estão diminuídos significativamente.)

Os cientistas esperam usar eventualmente esta informação para desenvolver as drogas visadas capazes de desabilitar as propriedades da virulência da proteína e da protecção contra o tularemia. Os avanços na compreensão podiam igualmente ajudar cientistas a desenvolver no futuro uma vacina eficaz contra a doença. Actualmente, somente as vacinas atenuadas vivas existem para o tularemia, e os riscos de infecção e de insuficiente imunidade associadas com esta aproximação impossibilitaram o uso de tais vacinas nos E.U.

O Dr. James Zook do pesquisador de Biodesign junto com os professores PETRA Fromme e Abhishek Singharoy no centro de Biodesign para descoberta estrutural aplicada conduziu o estudo novo. É juntado pelos colegas internacionais, incluindo pesquisadores de DESY, SLAC, AstraZeneca, o laboratório de biologia molecular europeu em Grenoble, França, entre outros.

PETRA Fromme, director do centro para descoberta estrutural aplicada explica a importância dos resultados:

Este estudo combina, pela primeira vez, técnicas avançadas de XFEL com a modelagem NMR e molecular para desembaraçar o grande espaço conformational de Flpp3. O estudo desembaraça conformações diferentes desta proteína importante para a virulência da bactéria no XFEL e na estrutura NMR que mostram desse modo a natureza altamente dinâmica de Flpp3. Este estudo é tão emocionante porque mostra que as conformações muito diferentes coexistem e estão convertidas em se sob circunstâncias fisiológicos.”

Virulência visualizando

Usando dados estruturais detalhados da análise NMR e nova de XFEL do factor da virulência do tularemia, os pesquisadores identificaram um inibidor potencial de Flpp3. Esta informação foi obtida das bibliotecas virtuais disponíveis que contêm estruturas de fragmentos da droga. Em seguida, um método de modelagem física-baseado, conhecido como a dinâmica molecular (MD), desde que a informações detalhadas nas flutuações e nas mudanças conformational dos átomos e das moléculas na proteína virulência-ligada, pesquisadores de ajuda obtem um mais preciso lido na estrutura e no comportamento de Flpp3.

“Este trabalho fornece diversas estruturas da atômico-definição de um factor importante da virulência da bactéria que causa o tularemia,” de acordo com o pesquisador Dr.Debra Hansen de Biodesign, um co-autor do estudo novo. As configurações da proteína identificadas ajudarão pesquisadores a levar a cabo o projecto estrutura-baseado das drogas que poderiam ser eficazes contra a doença indescritível, com da escolha de objectivos e a inibição de Flpp3.

Como o co-autor e do pesquisador de Biodesign Dr. Abhishek Singharoy explicam, o estudo é notável para estar entre as primeiras investigações da flexibilidade conformational da proteína descoberta com cristalografia de série do raio X do femtosegundo e NMR e confirmada usando simulações da dinâmica (MD) molecular.

Os resultados do grupo aparecem na introdução actual da estrutura do jornal da imprensa da pilha.

Ameaça persistente

O Tularemia, igualmente conhecido como a febre de coelho, é uma doença infecciosa rara, atacando tipicamente os olhos, a pele, os nós de linfa e os pulmões depois da infecção pelo tularensis da bactéria F. A doença é endémico em America do Norte assim como em muitas partes de Europa e de Ásia, embora os casos do tularemia são raros e as manifestações desenvolvidas tendem a ser restringidas às regiões com saneamento e inacessibilidade deficientes aos cuidados médicos modernos.

O Tularemia afecta primeiramente mamíferos, particularmente roedores, coelhos e lebres, embora às vezes igualmente contamine pássaros, carneiros, e os animais domésticos, incluindo cães, gatos e hamster.

A doença pode ser espalhada aos seres humanos através das mordidas de insecto e dirigir a exposição a um animal contaminado. A doença é extremamente contagioso. Apenas 10 pilhas bacterianas podem ser fatais e uma única bactéria pode ser suficiente para causar a infecção. O organismo pode viver por semanas no solo, na água e em animais inoperantes.

O Tularemia pode eficazmente ser tratado se detectado cedo, embora o regime do tratamento pode ser longo e complexo. A maioria contaminados com sintomas do indicador do tularensis do F. dentro de três a cinco dias, embora pode tomar enquanto duas semanas.

A doença existe em uma variedade de formulários com sintomas de deferimento, segundo como e onde as bactérias incorporam o corpo. Estes incluem o tularemia ulceroglandular, as glândulas inchadas e dolorosas do formulário o mais comum, que produzem úlceras da pele no local da infecção, de linfa, a febre, os frios, a dor de cabeça e a exaustão.

Outros formulários incluem o tularemia glandular, oculoglandular, orofaríngeo, pneumonic, e tifóide. Se deixado não tratado, uma variedade de complicações severas da doença podem seguir, incluindo a meningite, a inflamação dos pulmões, a irritação em torno do coração e a infecção do osso.

Método de cristal

No estudo actual, uma técnica conhecida como o cristalografia de série do raio X do femtosegundo é usada para sondar a estrutura da proteína Flpp3. Aqui, o breve e raio X brilhante estoura, aproximadamente bilhão vezes mais brilhantes os raios X do que convencionais, golpeiam um jato dos cristais “que voam” através do feixe de raio X. A explosão intensa do raio X destrói os cristais mas antes de fazer assim, cria um teste padrão de difracção em uma tela. Os pulsos do raio X são ultrashort, durando apenas 40 femtosegundos, que excedem dano do raio X, permitindo dados ser recolhido na temperatura ambiente sob circunstâncias fisiológicos próximas. (1 fs = 10-15 segundos ou um quadrillionth de um segundo.)

Montar muitos destes tiros do raio X com o auxílio dos computadores permite o conjunto de um detalhado, estrutura 3D da proteína sob o estudo. Esta difracção assim chamada antes do método da destruição foi aberta caminho primeiramente por Henry Chapman no Elektronen-Synchrotron de Deutsches (DESY) com a equipe em ASU sob o chumbo de John Spence e PETRA Fromme e seus colaboradores.

Os pesquisadores combinaram os dados estruturais novos de XFEL com seus estudos NMR precedentes de Flpp3, observando dois estados distintos da proteína. As simulações da DM revelaram uma estrutura interna da cavidade que fosse transeunte, sugerindo que Flpp3 se submetesse a uma mudança conformational subtil.

A aproximação abre a porta à revelação visada da droga visada reduzindo a mortalidade do tularemia e indica a potência de tecnologias combinadas para destravar os detalhes de estrutura e de dinâmica da proteína.