Kako raziskovalci Duke uporabljajo 10 milijonov dolarjev vreden stroj za napredek v znanosti in razvoju cepiv

DURHAM – Kaj je v obliki? Kot kaže, veliko. Razumevanje struktur proteinov in drugih molekul v izjemno natančnih podrobnostih je lahko ključno za odkrivanje njihovega delovanja. In to znanje lahko odpre vrata razvoju novih cepiv in terapevtikov.

Da bi to dosegli, imajo raziskovalci Duke dostop do naprednega orodja, imenovanega kriogena elektronska mikroskopija (Cryo-EM), ki hitro ustvari slike z visoko ločljivostjo najmanjših kosov beljakovin (na atomski ravni).

Trije raziskovalci so leta 2017 prejeli Nobelovo nagrado za kemijo za pionirje tehnike. Leta 2018 je Duke pridobil in namestil svoj lasten cryo-EM stroj, zahvaljujoč financiranju kanclerja za zdravstvene zadeve A. Eugena Washingtona, doktorja medicine, je povedala Jennifer Foreman, pomočnica dekana za osnovno znanost na Medicinski fakulteti.

Nakup in namestitev instrumenta sta stala od 8 do 10 milijonov dolarjev, vključno z obnovami za njegovo namestitev, je povedal dr. Mark Walters, direktor Inštituta za skupne materiale Pratt School of Engineering, v katerem je mikroskop in ga upravlja.

Berite naprej, če želite izvedeti več o Cryo-EM in o tem, kako je postal delovni konj v prizadevanjih inštituta Duke Human Vaccine Institute za ustvariti cepivo za HIV.

Duke je podelil 27 milijonov dolarjev zvezne donacije za izdelavo strukturnih modelov HIV

Duke je dom enega od štirih krio-EM instrumentov v Karolini

Nacionalni inštitut za okoljske zdravstvene vede (NIEHS) v Research Triangle Parku je leta 2017 lansiral prvi cryo-EM instrument v Severni ali Južni Karolini. Kmalu sta sledila Duke in Univerza Severne Karoline v Chapel Hillu. Dukeov prenosni elektronski mikroskop Thermo-Fisher Titan Krios Cryo, model druge generacije, posname slike z nekoliko višjo ločljivostjo kot instrumenti, prvotno nameščeni na NIEHS in UNC-Chapel Hill, je dejal Walters.

Avgusta 2022 je NIEHS uporabil svoj drugi instrument, Titan Krios, kot je tisti v Dukeu, je povedal dr. Mario J. Borgnia, direktor Cryo-EM Core pri NIEHS. Vse tri ustanove so del Konzorcij za molekularno mikroskopijo, s sedežem pri NIEHS, ki spodbuja uporabo krio-EM in drugih mikroskopskih orodij za razumevanje molekularnih struktur na atomski ravni ter zagotavlja usposabljanje raziskovalcem iz teh institucij, ki jih želijo uporabiti pri svojem delu.

Inštitut za cepiva Duke sklene pogodbo v vrednosti do 365 milijonov USD za morebitna zdravljenja

Pomen "krio-EM"

"Cryo" del imena mikroskopa pomeni, da zamrzne beljakovine ali druge vzorce, da ohrani njihove strukture nedotaknjene, medtem ko jih zadene žarek elektronov.

Walters je dejal, da elektronska mikroskopija poteka v vakuumu, tako da, če bi poskusili posneti vzorce pri sobni temperaturi, "bi se v bistvu zrušili vase."

Stroj zbira podatke bodisi z analizo posameznih delcev, ki posname na tisoče slik očiščenih beljakovin v naključnih orientacijah, bodisi s tomografijo, pri kateri so posnete slike večjih bioloških struktur pod različnimi koti nagiba, je dejal Walters. Raziskovalci uporabljajo računalniško programsko opremo za zlaganje slik in ustvarjanje tridimenzionalnih modelov visoke ločljivosti.

Osem novoustanovljenih podjetij iz Duke faculty land seed grants – tukaj so

Zasedeni raziskovalci, zavzet stroj

Dukeov instrument Cryo-EM deluje skoraj 7 dni v tednu, 24 ur na dan in posname kar 5,000 slik na dan.

Član osebja dr. Nilakshee Bhattacharya nadzoruje delovanje stroja in usposablja raziskovalce za njegovo uporabo. Veliko povpraševanje pomeni, da so stroški za raziskovalce – 55 USD na uro – relativno nizki, je dejal Walters. Peščica raziskovalnih skupin na Medicinski fakulteti je pogostih uporabnikov, večina jih je na Oddelku za biokemijo in Inštitutu za cepiva Duke Human Vaccine. Dobitnik Nobelove nagrade Robert Lefkowitz, MD, James B. Duke, ugledni profesor medicine, pogosto uporablja mikroskop in je bil eden od zagovornikov, da bi Dukeu uvedli cryo-EM.

Duke poroča o 90 milijonih dolarjev od zagonskih licenčnin in pomaga pri zagonu 13 novih podjetij

Cryo-EM ključnega pomena za morebiten razvoj cepiva proti virusu HIV pri Duku

Cryo-EM je ključnega pomena pri prizadevanju inštituta Duke Human Vaccine Institute za razvoj cepiva proti virusu HIV.

Mikroskop je prevzel glavno metodo, ki jo Priyamvada Acharya, PhD, direktor Dukeovega novega zvezno financiranega Centra za strukturno biologijo HIV, uporablja za razumevanje struktur, povezanih z virusom HIV.

"Brez pogostega in takojšnjega dostopa do vrhunskega mikroskopa, ki je sposoben zbirati podatke, ki nam omogočajo, da razrešimo podrobnosti na atomski ravni, veliko dela, ki gre v načrtovanje cepiva na osnovi strukture, ne bi bilo mogoče," je dejal Acharya.

Pojasnila je, da so beljakovine dolge verige aminokislin, ki se zvijejo v posebno obliko, ki določa njihovo funkcijo. Pri HIV, na primer, edinstvena oblika proteina ovojnice HIV-1 (Env) ustvari vezavno mesto za receptor, imenovan CD4. "Po vezavi na CD4 se oblika Env spremeni, kar mu omogoča, da veže dodatne receptorje," je dejala.

V nadaljevanju poti več sprememb v obliki ovojnice omogoča virusu HIV vstop v človeške celice. Vizualni modeli teh interakcij so ključni za učenje, kako oblikovati cepivo, je dejal Acharya. "Strukturna biologija nam omogoča, da vizualiziramo obliko in dinamiko biomolekul, s čimer zagotovimo okno v njihovo funkcijo in možnost, da jo spremenimo."

© Medicinska fakulteta Univerze Duke