DURHAM – Şekilde ne var? Görünüşe göre çok fazla. Proteinlerin ve diğer moleküllerin yapılarını son derece ince ayrıntılarla anlamak, onların nasıl çalıştıklarını anlamanın anahtarı olabilir. Ve bu bilgi yeni aşıların ve tedavilerin geliştirilmesine kapı açabilir.
Bunu başarmak için Duke araştırmacıları, en küçük protein parçalarının (atom düzeyinde) yüksek çözünürlüklü görüntülerini hızla oluşturan, Kriyojenik elektron mikroskobu (Cryo-EM) adı verilen gelişmiş bir araca erişebilir.
Üç araştırmacı, tekniğe öncülük ettikleri için 2017 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı. Tıp Fakültesi temel bilimler dekan yardımcısı Jennifer Foreman, Sağlık İşleri Şansölyesi A. Eugene Washington, MD'nin finansmanı sayesinde Duke'un 2018 yılında kendi kriyo-EM makinesini satın alıp kurduğunu söyledi.
Pratt Mühendislik Okulu'nun mikroskobu barındıran ve çalıştıran Paylaşılan Malzemeler Enstrümantasyon Tesisi direktörü PhD Mark Walters, cihazın satın alınması ve kurulumunun 8 ila 10 milyon dolar arasında bir maliyete sahip olduğunu söyledi.
Cryo-EM ve bunun Duke İnsan Aşısı Enstitüsü'nün çabalarında nasıl bir beygir haline geldiği hakkında daha fazla bilgi edinmek için okumaya devam edin. aşı oluşturmak HIV için.
Duke, HIV'in yapısal modellerini oluşturmak için 27 milyon dolarlık federal hibe aldı
Duke, Carolinas'taki dört cryo-EM cihazından birine ev sahipliği yapıyor
Research Triangle Park'taki Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Enstitüsü (NIEHS), 2017 yılında Kuzey veya Güney Carolina'da ilk kriyo-EM cihazını piyasaya sürdü. Duke ve Chapel Hill'deki Kuzey Carolina Üniversitesi de kısa süre sonra aynı şeyi yaptı. Walters, Duke'un ikinci nesil bir modeli olan Thermo-Fisher Titan Krios Cryo Transmisyon Elektron Mikroskobunun, NIEHS ve UNC-Chapel Hill'de orijinal olarak kurulu cihazlardan biraz daha yüksek çözünürlükte görüntüler aldığını söyledi.
NIEHS Cryo-EM Çekirdeği direktörü PhD Mario J. Borgnia, Ağustos 2022'de NIEHS'nin ikinci cihazı olan Duke'takine benzer bir Titan Krios'u devreye aldığını söyledi. Her üç kurum da bu sistemin bir parçası. Moleküler Mikroskopi Konsorsiyumu, atomik düzeyde moleküler yapıları anlamak için kriyo-EM ve diğer mikroskopi araçlarının kullanımını teşvik eden ve bunları çalışmalarında kullanmak isteyen bu kurumlardan araştırmacılara eğitim veren NIEHS merkezli.
Duke aşı enstitüsü, potansiyel tedaviler için 365 milyon dolara varan sözleşme imzaladı
“Cryo-EM”in Anlamı
Mikroskop adının "kriyo" kısmı, proteinleri veya diğer örnekleri, bir elektron ışını onlara çarptığında yapılarını sağlam tutmak için dondurduğu anlamına gelir.
Walters, elektron mikroskobunun bir vakum içinde gerçekleştiğini söyledi; dolayısıyla örnekleri oda sıcaklığında görüntülemeye çalışırsanız, "Temelde kendi içlerine çökerlerdi."
Walters, makinenin ya rastgele yönlerde saflaştırılmış proteinlerin binlerce görüntüsünü alan tek parçacık analizini ya da daha büyük biyolojik yapıların görüntülerinin çeşitli eğim açılarında alındığı tomografiyi kullanarak veri topladığını söyledi. Araştırmacılar, yüksek çözünürlüklü, üç boyutlu modeller oluşturmak amacıyla görüntüleri istiflemek için bilgisayar yazılımı kullanıyor.
Duke fakültesinden sekiz startup arazi tohum hibesi – işte buradalar
Meşgul araştırmacılar, meşgul makine
Duke'un Cryo-EM cihazı haftanın yaklaşık 7 günü, günde 24 saat çalışıyor ve günde 5,000'e kadar görüntü çekiyor.
Personel üyesi Nilakshee Bhattacharya, PhD, makinenin çalışmasını denetler ve araştırmacıları makinenin kullanımı konusunda eğitir. Walters, yüksek talebin araştırmacılar için maliyetin (saatte 55 dolar) nispeten düşük olduğu anlamına geldiğini söyledi. Tıp Fakültesi'ndeki bir avuç araştırma grubu, çoğu Biyokimya Bölümü ve Duke İnsan Aşı Enstitüsü'nde olmak üzere yoğun kullanıcılardır. Nobel Ödülü sahibi Robert Lefkowitz, MD, James B. Duke Seçkin Tıp Profesörü, mikroskobu sıklıkla kullanıyor ve kriyo-EM'in Duke'a getirilmesinin savunucularından biriydi.
Duke'ta potansiyel HIV aşısı gelişimi için Cryo-EM çok önemli
Cryo-EM, Duke İnsan Aşı Enstitüsü'nün HIV için bir aşı geliştirme arayışında çok önemlidir.
Mikroskop, Duke'un federal olarak finanse edilen yeni HIV Yapısal Biyoloji Merkezi'nin direktörü PhD Priyamvada Acharya'nın HIV ile ilgili yapıları anlamak için kullandığı ana yöntem olarak devralındı.
Acharya, "Atomik düzeydeki ayrıntıları çözmemize olanak tanıyan verileri toplayabilen üst düzey bir mikroskoba sık sık ve hazır erişim olmadan, yapıya dayalı aşı tasarımına yönelik çalışmaların çoğu mümkün olmazdı" dedi.
Proteinlerin, işlevlerini tanımlayan farklı bir şekle katlanan uzun amino asit zincirleri olduğunu açıkladı. Örneğin HIV'de, HIV-1 Zarf (Env) proteininin benzersiz şekli, CD4 adı verilen bir reseptör için bir bağlanma alanı oluşturur. "CD4'e bağlandıktan sonra Env'in şekli değişir ve ek reseptörlere bağlanmasına olanak tanır" dedi.
Yolun ilerleyen kısımlarında zarfın şeklindeki daha fazla değişiklik, HIV'in insan hücrelerine girmesine izin veriyor. Acharya, bu etkileşimlerin görsel modellerinin bir aşının nasıl tasarlanacağını öğrenmenin anahtarı olduğunu söyledi. "Yapısal biyoloji, biyomoleküllerin şeklini ve dinamiklerini görselleştirmemize olanak tanıyor, böylece onların işlevlerine ve onu değiştirme yeteneğine bir pencere açıyor."
© Duke Üniversitesi Tıp Fakültesi
