高速蛋白质电影有助于药物设计

南安普顿大学的研究人员开发出技术来帮助科学家观察运动中的蛋白质。了解蛋白质如何移动将有助于设计新药物。

X射线晶体学是一种科学方法，可生成具有精致的原子级细节的分子3D图像。它已被用来确定数千种蛋白质——大自然的分子机器——的结构。

科学家面临的新挑战是利用X射线晶体学来制作蛋白质活动的“电影”。这是极其困难的，只制作了极少数。在捕捉电影中的每一帧时，蛋白质结构变得模糊，这阻碍了努力。

现在，南安普顿大学生命科学研究所的一个团队与DiamondLightSource和DouglasInstruments合作，通过微型化蛋白质晶体和开发快速混合方法来解决这一挑战。他们的研究结果发表在IUCrJ杂志上。

第一作者杰克·斯塔布斯(JackStubbs)解释了如何分析晶体。“蛋白质晶体被一个接一个地传送到强烈的X射线束中，从各个可能的角度捕捉晶体的快照。由此产生的散射X射线图案可用于破译蛋白质结构。

“该方法还可以用于捕获蛋白质在不同时间点的3D图片。将这些图像拼凑在一起，你就可以有效地拍摄一部蛋白质活动的电影，这为它们的功能提供了线索。”

在此过程中，重要的是X射线“快照”在同一时刻捕获相同形状的蛋白质，以避免“模糊”其结构。团队正在努力解决这个问题。

研究人员开发了一种“液滴微流体方法”，可以产生数百万个液滴，每个液滴都充当微型试管，小至万亿分之一升，用于蛋白质结晶。在体积如此之小的情况下，可用的蛋白质数量极少，这意味着晶体只能生长到几微米的长度——大约与细菌的大小相同。

液滴还具有特殊的混合能力。当液滴移动时，内容物会循环，就像搅拌一样，以驱动快速混合。该团队展示了接近1毫秒(1/1000秒)的混合时间。这为时间分辨晶体学设立了新标准。

首席科学家JonathanWest博士表示：“我们的研究标志着时间分辨串行晶体学的重大进步。通过快速混合设计微晶尺寸并启动反应的能力为以毫秒精度理解蛋白质结构动力学开辟了令人兴奋的可能性。”

这项研究的影响超出了实验室范围。通过与晶体学科学家分享这些尖端方法，研究人员的目标是极大地扩展我们对蛋白质如何运动、运动如何发挥作用以及药物如何改变运动的理解。