DURHAM – Mis on vormis? Nagu selgub, palju. Valkude ja teiste molekulide struktuuride ülimalt peente üksikasjade mõistmine võib olla võtmetähtsusega nende toimimise väljaselgitamisel. Ja need teadmised võivad avada ukse uute vaktsiinide ja ravimite väljatöötamiseks.
Selle saavutamiseks on Duke'i teadlastel juurdepääs täiustatud tööriistale, mida nimetatakse krüogeenseks elektronmikroskoopiaks (Cryo-EM), mis loob kiiresti kõrge eraldusvõimega pilte väikseimatest valkude tükkidest (aatomi tasemel).
Kolm teadlast pälvisid selle tehnika teerajaja eest 2017. aasta Nobeli keemiaauhinna. 2018. aastal omandas ja paigaldas Duke oma krüo-EM-masina tänu tervishoiukantsleri A. Eugene Washingtoni rahastamisele, ütles meditsiinikooli põhiteaduste dekaan Jennifer Foreman.
Instrumendi ostmine ja paigaldamine maksis 8–10 miljonit dollarit, sealhulgas renoveerimistööd, ütles Mark Walters, PhD, Pratti insenerikooli ühiskasutatavate materjalide instrumentaalrajatise direktor, kus mikroskoop asub ja mida käitab.
Lugege edasi, et saada lisateavet Cryo-EM-i kohta ja selle kohta, kuidas sellest on saanud Duke'i inimvaktsiini instituudi tööhobune. luua vaktsiin HIV-i jaoks.
Duke määras 27 miljoni dollari suuruse föderaaltoetuse HIV-i struktuurimudelite loomiseks
Duke on koduks ühele neljast krüo-EM instrumendist Carolinas
National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) Research Triangle Parkis tõi 2017. aastal Põhja- või Lõuna-Carolinas turule esimese krüo-EM-instrumendi. Duke ja Põhja-Carolina ülikool Chapel Hillis järgisid peagi eeskuju. Walters ütles, et Duke'i Thermo-Fisher Titan Krios Cryo Transmission Electron Microscope, teise põlvkonna mudel, teeb pilte pisut kõrgema eraldusvõimega kui algselt NIEHSi ja UNC-Chapel Hilli instrumendid.
2022. aasta augustis võttis NIEHS kasutusele oma teise instrumendi, Titan Kriose, nagu Duke'i oma, ütles Mario J. Borgnia, PhD, NIEHSi Cryo-EM Core'i direktor. Kõik kolm asutust on osa sellest Molekulaarmikroskoopia konsortsium, mis asub NIEHSis, mis propageerib krüo-EM ja muude mikroskoopiavahendite kasutamist molekulaarstruktuuride mõistmiseks aatomitasandil ning pakub koolitust nende asutuste teadlastele, kes soovivad neid oma töös kasutada.
Sõna "krüo-EM" tähendus
Mikroskoobi nimetuse "krüo" osa tähendab, et see külmutab valgud või muud proovid, et hoida nende struktuure puutumatuna, samal ajal kui elektronkiir neid tabab.
Elektronmikroskoopia toimub vaakumis, ütles Walters, nii et kui prooviksite proove toatemperatuuril pildistada, siis "põhimõtteliselt kukuksid nad ise kokku."
Masin kogub andmeid, kasutades kas üksikute osakeste analüüsi, mis võtab tuhandeid pilte puhastatud valkudest juhuslikus orientatsioonis, või tomograafiat, kus suuremate bioloogiliste struktuuride pilte tehakse erinevate kaldenurkade all, ütles Walters. Teadlased kasutavad piltide virnastamiseks arvutitarkvara, et luua kõrge eraldusvõimega kolmemõõtmelisi mudeleid.
Kaheksa Duke'i teaduskonna idufirmat saavad seemnetoetusi – siin nad on
Hõivatud uurijad, hõivatud masin
Duke'i Cryo-EM seade töötab peaaegu 7 päeva nädalas, 24 tundi ööpäevas, tehes päevas kuni 5,000 pilti.
Töötaja Nilakshee Bhattacharya, PhD, jälgib masina tööd ja koolitab teadlasi selle kasutamises. Suur nõudlus tähendab, et teadlaste kulud - 55 dollarit tunnis - on suhteliselt madalad, ütles Walters. Käputäis meditsiinikooli uurimisrühmi on suured kasutajad, enamik neist biokeemia osakonnas ja Duke'i inimvaktsiini instituudis. Nobeli preemia laureaat Robert Lefkowitz, MD, James B. Duke, austatud meditsiiniprofessor, kasutab mikroskoopi sageli ja oli üks krüo-EMi Duke'ile toomise eestkõnelejaid.
Duke teatab 90 miljoni dollari suurusest käivituslitsentsitasudest ja aitab käivitada 13 uut veture
Krüo-EM on Duke'i potentsiaalse HIV-vaktsiini väljatöötamise jaoks ülioluline
Cryo-EM on ülioluline Duke Human Vaccine Institute'i püüdlustes välja töötada HIV-vaktsiin.
Mikroskoop on üle võtnud peamise meetodina, mida Priyamvada Acharya, PhD, Duke'i uue föderaalselt rahastatud HIV-i struktuuribioloogia keskuse direktor, kasutab HIV-ga seotud struktuuride mõistmiseks.
"Ilma sagedase ja hõlpsa juurdepääsuta tipptasemel mikroskoobile, mis on võimeline koguma andmeid, mis võimaldavad meil lahendada aatomitasandi üksikasju, poleks suur osa struktuuripõhise vaktsiini kavandamisega seotud tööst võimalik," ütles Acharya.
Ta selgitas, et valgud on pikad aminohapete ahelad, mis volditakse selgeks kujuks, mis määrab nende funktsiooni. Näiteks HIV-i puhul loob HIV-1 ümbrise (Env) valgu ainulaadne kuju CD4-nimelise retseptori sidumiskoha. "Pärast CD4-ga seondumist muutub Env-i kuju, võimaldades sellel siduda täiendavaid retseptoreid, " ütles ta.
Edasised muutused ümbriku kujus võimaldavad HIV-l inimese rakkudesse siseneda. Nende interaktsioonide visuaalsed mudelid on vaktsiini kujundamise õppimisel võtmetähtsusega, ütles Acharya. "Struktuuribioloogia võimaldab meil visualiseerida biomolekulide kuju ja dünaamikat, pakkudes seega nende funktsiooni ja võimet seda muuta."
© Duke'i ülikooli meditsiinikool
