डरहम - आकार में क्या है? जैसा कि यह निकला, बहुत कुछ। प्रोटीन और अन्य अणुओं की संरचना को बहुत बारीक विस्तार से समझना यह पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है कि वे कैसे काम करते हैं। और वह ज्ञान नए टीकों और चिकित्सा विज्ञान के विकास के द्वार खोल सकता है।
इसे पूरा करने के लिए, ड्यूक शोधकर्ताओं के पास क्रायोजेनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (क्रायो-ईएम) नामक एक उन्नत उपकरण तक पहुंच है, जो तेजी से प्रोटीन के सबसे छोटे टुकड़ों (परमाणु स्तर पर) की उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां बनाता है।
तकनीक को आगे बढ़ाने के लिए तीन शोधकर्ताओं ने रसायन विज्ञान में 2017 का नोबेल पुरस्कार जीता। 2018 में ड्यूक ने अपनी क्रायो-ईएम मशीन का अधिग्रहण और स्थापित किया, स्वास्थ्य मामलों के चांसलर ए यूजीन वाशिंगटन, एमडी से वित्त पोषण के लिए धन्यवाद, स्कूल ऑफ मेडिसिन में बुनियादी विज्ञान के सहायक डीन जेनिफर फोरमैन ने कहा।
प्रैट स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग की साझा सामग्री इंस्ट्रुमेंटेशन सुविधा के निदेशक मार्क वाल्टर्स, पीएचडी ने कहा, उपकरण को खरीदने और स्थापित करने के लिए $ 8 से $ 10 मिलियन की लागत, इसे समायोजित करने के लिए नवीनीकरण शामिल है, जो माइक्रोस्कोप को घर और चलाता है।
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ड्यूक कैरोलिनास में सिर्फ चार क्रायो-ईएम उपकरणों में से एक का घर है
नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एनवायर्नमेंटल हेल्थ साइंसेज (एनआईईएचएस) ने रिसर्च ट्रायंगल पार्क में 2017 में नॉर्थ या साउथ कैरोलिना में पहला क्रायो-ईएम इंस्ट्रूमेंट लॉन्च किया। चैपल हिल में ड्यूक और यूनिवर्सिटी ऑफ नॉर्थ कैरोलिना ने जल्द ही सूट का पालन किया। वाल्टर्स ने कहा कि ड्यूक का थर्मो-फिशर टाइटन क्रियोस क्रायो ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, दूसरी पीढ़ी का मॉडल, मूल रूप से एनआईईएचएस और यूएनसी-चैपल हिल में स्थापित उपकरणों की तुलना में थोड़ा अधिक रिज़ॉल्यूशन पर चित्र लेता है।
एनआईईएचएस में क्रायो-ईएम कोर के निदेशक, मारियो जे. बोर्गनिया ने कहा, अगस्त 2022 में, एनआईईएचएस ने अपना दूसरा उपकरण, एक टाइटन क्रियोस तैनात किया, जैसे ड्यूक में। तीनों संस्थान इसका हिस्सा हैं आण्विक माइक्रोस्कोपी कंसोर्टियमएनआईईएचएस पर आधारित, जो परमाणु स्तर पर आणविक संरचनाओं को समझने के लिए क्रायो-ईएम और अन्य माइक्रोस्कोपी उपकरणों के उपयोग को बढ़ावा देता है और इन संस्थानों के शोधकर्ताओं को प्रशिक्षण प्रदान करता है जो उन्हें अपने काम में उपयोग करना चाहते हैं।
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क्रायो-ईएम का अर्थ
माइक्रोस्कोप के नाम के "क्रायो" भाग का अर्थ है कि यह प्रोटीन या अन्य नमूनों को उनकी संरचनाओं को बरकरार रखने के लिए जमा देता है जबकि इलेक्ट्रॉनों की एक किरण उन्हें हिट करती है।
वाल्टर्स ने कहा, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी एक वैक्यूम के अंदर होता है, इसलिए यदि आप कमरे के तापमान पर नमूनों की छवि बनाने की कोशिश करते हैं, तो "वे मूल रूप से अपने आप गिर जाएंगे।"
मशीन एकल कण विश्लेषण का उपयोग करके डेटा एकत्र करती है, जो यादृच्छिक अभिविन्यास, या टोमोग्राफी में शुद्ध प्रोटीन की हजारों छवियां लेती है, जिसमें विभिन्न झुकाव कोणों पर बड़ी जैविक संरचनाओं की छवियां ली जाती हैं, वाल्टर्स ने कहा। उच्च-रिज़ॉल्यूशन, त्रि-आयामी मॉडल बनाने के लिए शोधकर्ता छवियों को ढेर करने के लिए कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर का उपयोग करते हैं।
व्यस्त शोधकर्ता, व्यस्त मशीन
ड्यूक का क्रायो-ईएम उपकरण सप्ताह में लगभग 7 दिन, 24 घंटे प्रतिदिन चलता है, प्रति दिन 5,000 छवियां लेता है।
स्टाफ सदस्य नीलक्षी भट्टाचार्य, पीएचडी, मशीन के संचालन की देखरेख करते हैं और शोधकर्ताओं को इसके उपयोग में प्रशिक्षित करते हैं। उच्च मांग का मतलब है कि शोधकर्ताओं के लिए लागत - $ 55 प्रति घंटा - अपेक्षाकृत कम है, वाल्टर्स ने कहा। स्कूल ऑफ मेडिसिन में मुट्ठी भर शोध समूह भारी उपयोगकर्ता हैं, उनमें से अधिकांश जैव रसायन विभाग और ड्यूक ह्यूमन वैक्सीन इंस्टीट्यूट में हैं। नोबेल पुरस्कार विजेता रॉबर्ट लेफकोविट्ज़, एमडी, जेम्स बी ड्यूक मेडिसिन के प्रतिष्ठित प्रोफेसर, अक्सर माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हैं और क्रायो-ईएम को ड्यूक में लाने के अधिवक्ताओं में से एक थे।
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ड्यूक में संभावित एचआईवी वैक्सीन विकास के लिए क्रायो-ईएम महत्वपूर्ण
क्रायो-ईएम ड्यूक ह्यूमन वैक्सीन इंस्टीट्यूट की एचआईवी के लिए एक वैक्सीन विकसित करने की खोज में महत्वपूर्ण है।
माइक्रोस्कोप ने मुख्य विधि के रूप में कार्यभार संभाला है, जिसका उपयोग ड्यूक के नए संघ द्वारा वित्त पोषित सेंटर फॉर एचआईवी स्ट्रक्चरल बायोलॉजी के निदेशक प्रियंवदा आचार्य, एचआईवी से संबंधित संरचनाओं को समझने के लिए करते हैं।
आचार्य ने कहा, "डेटा एकत्र करने में सक्षम एक उच्च-अंत माइक्रोस्कोप तक लगातार और तैयार पहुंच के बिना, जो हमें परमाणु स्तर के विवरण को हल करने की अनुमति देता है, संरचना-आधारित वैक्सीन डिजाइन में जाने वाले अधिकांश काम संभव नहीं होंगे," आचार्य ने कहा।
उसने समझाया कि प्रोटीन अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखला है जो एक अलग आकार में बदल जाती है जो उनके कार्य को परिभाषित करती है। एचआईवी के साथ, उदाहरण के लिए, एचआईवी -1 लिफाफा (एनवी) प्रोटीन का अनूठा आकार सीडी 4 नामक रिसेप्टर के लिए एक बाध्यकारी साइट बनाता है। "सीडी 4 के लिए बाध्य होने के बाद, एनवी का आकार बदल जाता है, जिससे यह अतिरिक्त रिसेप्टर्स को बांधने की इजाजत देता है," उसने कहा।
आगे मार्ग के नीचे, लिफाफे के आकार में अधिक परिवर्तन एचआईवी को मानव कोशिकाओं में प्रवेश करने की अनुमति देते हैं। आचार्य ने कहा कि इन अंतःक्रियाओं के दृश्य मॉडल वैक्सीन को डिजाइन करने का तरीका सीखने के लिए महत्वपूर्ण हैं। "संरचनात्मक जीव विज्ञान हमें जैव-अणुओं के आकार और गतिशीलता की कल्पना करने की अनुमति देता है, इस प्रकार उनके कार्य में एक खिड़की प्रदान करता है और इसे बदलने की क्षमता प्रदान करता है।"
© ड्यूक यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन
