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Las ayudas del laser de electrón libre de la radiografía sondan más profundo en patógeno mortal

La tularemia es una enfermedad rara pero a menudo mortífera. Es causada por uno de los patógeno más agresivos en la tierra, el tularensis de Francisella de la bacteria. El microbio, transportado por una variedad de animales y de insectos, puede incorporar y atacar la carrocería a través de un alcance de caminos, dando por resultado diversas constelaciones de síntomas y los grados de severidad.

La tularemia sigue siendo mal entendida y la vacuna no segura y de manera efectiva existe para la enfermedad. La mortalidad extrema del tularensis del F. y su potencial de aerosolized también le han hecho a un candidato del bioweapon, aumentando la urgencia de entender la enfermedad y de desarrollar tratamientos efectivos.

En un nuevo estudio, los investigadores en el centro de Biodesign para el descubrimiento estructural aplicado examinan una proteína dominante de la membrana responsable de la capacidad prodigiosa de la bacteria de infectar a la carrocería y de causar enfermedad. Este factor de la virulencia, conocido como Flpp3, se examina en detalle sin precedente con el socorro de un laser o de un XFEL de electrón libre de la radiografía, un acelerador masivo y potente situado en el laboratorio nacional del acelerador de SLAC, Stanford de la radiografía.

Las aplicaciones de la tecnología de XFEL brillantes y las llamaradas extremadamente cortas de las radiografías a sondar crystalized las muestras de Flpp3, revelando la estructura detallada de la proteína como nunca antes. Comparando la información estructural recopilada por experimentos de XFEL con análisis estructural anterior usando el RMN, los investigadores han desarrollado un modelo más completo de la forma elaborada de Flpp3. (Los estudios anteriores han mostrado que cuando una codificación del gen para Flpp3 es lisiada, los efectos del patógeno del tularensis del F. están disminuidos importante.)

Los científicos esperan utilizar eventual esta información para desarrollar las drogas apuntadas capaces de incapacitar las propiedades de la virulencia de la proteína y de la protección contra tularemia. Los avances en la comprensión podían también ayudar a científicos a desarrollar una vacuna efectiva contra la enfermedad en el futuro. Actualmente, solamente las vacunas atenuadas vivas existen para la tularemia, y los riesgos de infección y de inmunidad escasa asociadas a esta aproximación han impedido el uso de tales vacunas en los E.E.U.U.

El Dr. James Zook del investigador de Biodesign así como profesores Petra Fromme y Abhishek Singharoy en el centro de Biodesign para el descubrimiento estructural aplicado llevó el nuevo estudio. A los colegas internacionales, incluyendo investigadores de DESY lo ensambla, SLAC, AstraZeneca, el laboratorio de biología molecular europeo en Grenoble, Francia, entre otros.

El Petra Fromme, director del centro para el descubrimiento estructural aplicado explica la importancia de los resultados:

Este estudio combina, por primera vez, técnicas avanzadas de XFEL con el RMN y el modelado molecular para desenredar el espacio conformacional grande de Flpp3. El estudio desenreda diversas conformaciones de esta proteína importante para la virulencia de la bacteria en la estructura de XFEL y del RMN de tal modo que muestra la naturaleza altamente dinámica de Flpp3. Este estudio es tan emocionante pues muestra que conformaciones muy diversas coexisten y están convertidas en uno a bajo condiciones fisiológicas.”

Virulencia de visualización

Usando datos estructurales detallados del RMN y el nuevo análisis de XFEL de la virulencia de la tularemia descomponga en factores, los investigadores determinó un inhibidor potencial de Flpp3. Esta información fue obtenida de las bibliotecas virtuales disponibles que contenían las estructuras de los fragmentos de la droga. Después, un método de modelado física-basado, conocido como dinámica molecular (MD), con tal que la información detallada sobre las fluctuaciones y los cambios conformacionales de átomos y de moléculas en la proteína virulencia-conectada, los investigadores de ayuda consiga un más exacto leído en la estructura y el comportamiento de Flpp3.

“Este trabajo ofrece varias estructuras de la atómico-resolución de un factor importante de la virulencia de la bacteria que causa tularemia,” según el investigador Dr.Debra Hansen, co-autor de Biodesign del nuevo estudio. Las configuraciones de la proteína determinadas ayudarán a investigadores a perseguir el diseño estructura-basado de las drogas que podrían ser efectivas contra la enfermedad evasiva, con el alcance y la inhibición de Flpp3.

Como el co-autor y el Dr. Abhishek Singharoy del investigador de Biodesign explica, el estudio es significativo para estar entre las primeras investigaciones de la adaptabilidad conformacional de la proteína descubierta con cristalografía serial de la radiografía del femtosegundo y el RMN y confirmada usando simulaciones de la dinámica (MD) molecular.

Las conclusión del grupo aparecen en la aplicación actual la estructura del gorrón de la prensa de la célula.

Amenaza persistente

La tularemia, también conocida como fiebre de conejo, es una enfermedad infecciosa rara, atacando típicamente los aros, la piel, los ganglios linfáticos y los pulmones después de la infección por el tularensis de la bacteria F. La enfermedad es endémica en Norteamérica así como en muchas partes de Europa y de Asia, aunque los casos de la tularemia son infrecuentes y los verdaderos brotes tienden a ser restringidos a las regiones con el saneamiento y la inaccesibilidad pobres a la atención sanitaria moderna.

La tularemia afecta sobre todo a los mamíferos, determinado roedores, los conejos y las liebres, aunque a veces también infecte los pájaros, ovejas, y los animales domésticos, incluyendo perros, gatos y hámsteres.

La enfermedad puede ser extendida a los seres humanos a través de mordeduras de insecto y dirigir la exposición a un animal infectado. La enfermedad es extremadamente contagiosa. Apenas 10 células bacterianas pueden ser fatales y una única bacteria puede ser suficiente causar la infección. El organismo puede vivir por semanas en suelo, agua y animales muertos.

La tularemia puede ser tratada efectivo si está descubierta temprano, aunque el régimen del tratamiento puede ser muy largo y complejo. La mayoría infectados con síntomas del despliegue del tularensis del F. en el plazo de tres a cinco días, aunque puede tomar mientras dos semanas.

La enfermedad existe en una variedad de formas con los síntomas que difieren, dependiendo de cómo y de donde las bacterias incorporan la carrocería. Éstos incluyen tularemia ulceroglandular, las casquillos del prensaestopas hinchadas y dolorosas de la forma más común, que produce las úlceras de la piel en el sitio de la infección, de linfa, la fiebre, los moldes, el dolor de cabeza y el agotamiento.

Otras formas incluyen tularemia glandular, oculoglandular, orofaríngea, neumónica, y tifoidea. Si están dejadas no tratado, una variedad de complicaciones severas de la enfermedad pueden seguir, incluyendo meningitis, la inflamación de los pulmones, la irritación alrededor del corazón y la infección del hueso.

Método cristalino

En el estudio actual, una técnica conocida como cristalografía serial de la radiografía del femtosegundo se utiliza para sondar la estructura de la proteína Flpp3. Aquí, la radiografía abreviada y brillante reparte, áspero mil millones veces más brillantes las radiografías que convencionales, golpean una tobera de los cristales “que vuelan” a través del haz de radiografía. El chorro intenso de la radiografía destruye los cristales pero antes de hacer así pues, crea una configuración de difracción en una pantalla. Los pulsos de la radiografía son ultracortos, durando apenas 40 femtosegundos, que superan daño de la radiografía, teniendo en cuenta para que los datos cerco en la temperatura ambiente bajo condiciones fisiológicas cercanas. (1 fs = 10-15 segundos o un quadrillionth de un segundo.)

El montaje de muchos de estos tiros de la radiografía con el socorro de computadores permiso el montaje de un detallado, estructura 3D de la proteína bajo estudio. Esta supuesta difracción antes del método de la destrucción primero fue promovida por el buhonero de Henry en el Elektronen-Sincrotrón de Deutsches (DESY) con las personas en ASU bajo guía de Juan Spence y Petra Fromme y sus colaboradores.

Los investigadores combinaron los nuevos datos estructurales de XFEL con sus estudios anteriores del RMN de Flpp3, observando dos estados distintos de la proteína. El Doctor en Medicina simulaciones reveló una estructura interna de la cavidad que es corriente momentánea, sugiriendo que Flpp3 experimenta un cambio conformacional sutil.

La aproximación abre la puerta en el revelado apuntado de la droga dirigido reduciendo la mortalidad de la tularemia y visualiza la potencia de las tecnologías combinadas para abrir los detalles de la estructura y de las dinámicas de la proteína.