2011年2月4
发表在2月3日的《自然》杂志的两项研究证明世界上第一个硬x射线的独特功能自由电子激光器的光源,位于美国能源部SLAC国家加速器Laboratory-could彻底改变生活的研究。
在一项研究中,一个国际研究小组使用拼箱来演示一个快捷方式来决定蛋白质的三维结构。激光的脉冲x射线光拉从微小的蛋白质纳米晶体结构数据,避免了需要使用大型蛋白质晶体,可以准备困难或不可能的。这可能使年一些蛋白质的结构分析,并允许科学家破译成千上万的其他的今天,包括许多参与传染病。
三维渲染获得的x射线数据来自15000多个单一纳米晶体衍射的快照记录,世界上第一个硬x射线自由电子激光器,位于SLAC国家加速器实验室。蛋白质的三维结构,在这种情况下光系统I,在植物细胞的生物工厂将阳光转换为能量在光合作用中,可以从这些衍射模式决定。每个纳米晶体被强烈的x射线脉冲,但在此之前,其结构揭示了信息。
在一个单独的纸上,同一小组报告第一单发图片完整的病毒,为快照铺平了道路和电影的分子,病毒和细菌生活在行动。
由亨利·查普曼自由电子激光科学中心的德国国家实验室谜底和Janos豪伊杜的瑞典乌普萨拉大学的80多名研究人员2009年亚博老虎机网登录12月21日机构进行这些实验,研究拼箱打开后两个月。他们的研究是第一个证明的力量和潜力生物学的拼箱。
“拼箱梁是十亿倍比以前的x射线源,因此强烈切割钢材,”查普曼说。”然而这些难以置信的x射线脉冲用于外科手术,微观精度和精致的控制,这是打开全新的科学领域的可能性,”包括观察原子移动的能力和化学键形成和破坏。
脱离了一个激光爆炸
在实验中,科学家们喷病毒或纳米晶体x射线的路径和摧毁他们的激光脉冲。每一个类似频闪灯的激光脉冲是如此短暂——很少有上百万1000000000秒长,它收集的所有信息之前需要一个图像样本爆炸。
不仅如此,豪伊杜还提出了这种方法近十年前。亚利桑那州立大学的研究人员,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的线性和乌普萨拉多年发展中注入样品光束专用设备,和德国的马克斯·普朗克先进研究小组将在10吨,700万美元的仪器称为营来记录每一个光子的数据快速、敏感的x射线摄影机为以后分析。app亚博体育
谜底和劳伦斯伯克利国家实验室进行的试验表明,这一概念在低能量的x射线。“但是当你去更高的能量,你还能超过损失吗?”团队成员Michael出身低微的人说,线性员工科学家和脉冲能量超快科学研究所首席研究员,共同位于线性和斯坦福大学。亚博老虎机网登录他说,答案是肯定的:“物理仍将持续。"
从微小晶体有丰厚的回报
蛋白质结构实验由查普曼和亚利桑那州立大学的约翰·斯宾塞和佩特拉Fromme。他们选择作为他们的目标光生物工厂期间将阳光转换成能量的植物细胞光合作用。这是一个重要的类的蛋白质称为膜蛋白生物学家和药物开发人员渴望更好地理解。
嵌入细胞膜,这些蛋白质控制交通的细胞作为传染性病原体和抗病药物对接点;事实上,他们的目标是在市场上60%以上的药物。然而,科学家们知道只有六的大约30000的结构膜蛋白在人类的身体,把他们变成大的困难为常规x射线分析晶体。
为了解决这个瓶颈,研究人员喷数以百万计的纳米晶体包含x射线光系统I的副本。激光脉冲的晶体在不同角度和分散进入检测器,形成所需的模式重建图像。每个晶体立即蒸发,但等到下一个脉冲到达另一个水晶搬进了靶心。
三百万快照的团队组合10000他们想出一个很好的匹配已知分子结构光系统I。
“今年夏天我参加了几次会议,提出了这项工作,我感到非常兴奋,”维吉尼亚大学的迈克尔·维纳,没有参与这项研究,他说的结果。他领导的九个学院设立的美国国立卫生研究院的破译膜蛋白的结构。“这些纳米晶体的制备可能是非常,非常容易使用的更大的晶体迄今为止,”维纳说,让科学家们更多的时间和金钱来找出这些重要的生物分子是如何工作的。
团队定于本月回到拼箱与x射线激光脉冲重复实验更快和交付四倍能源在首轮一样。如果物理仍然持有,未来应该捕获图像的极其复杂的结构光系统I在一个原子的细节。
病毒的肖像
在第二个实验中,研究小组去超越纳米晶体没有晶体。由豪伊杜他们单发的画像单个病毒颗粒。yabo214这些快照是一步最终产生了定格的电影化学变化发生在活细胞内分子。
生物学家一直梦想着做一个病毒的影像,整个微生物活细胞没有冻结,切片或不安。这是拼箱的目标之一,研究人员在“测试了它的功能,是世界上最大的已知病毒,感染阿米巴原虫。
数以百计的米米病毒打拼箱的梁,两个生产足够的数据可以让科学家重建图像。图像显示20-sided结构咪咪的外套和面积密度材料内部,这可能代表其遗传物质。短,亮脉冲聚焦到一个较小的区域应该大大提高这些图像的分辨率显示小细节是一个纳米,团队在自然2月3日的报告中写道。
得到一个详细的内部结构的照片单个病毒”将是一个巨大的成就,”团队成员jean - michel Claverie说,结构和基因信息实验室主任在马赛,另一个自然科学家们发现咪咪的病毒。
“这是一个全新的方式来看待生物对象,”他说。“这不仅将使我们能够解决的问题与病毒的内部结构有关,但其内在的变化从一个单独的病毒粒子的一个微小的变化可能在进化过程中发挥着基础性的作用。”
团队回到1月拼箱看应该最大化的米米病毒在x射线波段图像的对比度和细节。他们将是未来几个月的分析结果。
线性度瑞尔导演波西斯,他坐在控制室里挤满了科学家从两个实验原始数据进来,说,经验是种族繁衍是潜在的生物学和医学。
“这第一数据和这些文件只是一个新的研究前沿的第一个观点,”她说。“他们代表了拼箱的一个转折点,展示新技术将伟大的进步。”
来源:http://www.slac.stanford.edu/