Erstaunliche Bilder von Proteinen kann helfen Wissenschaftler entwerfen Drogen

Forscher können nun Spion auf Proteine bei fast das Niveau der einzelnen Atome, dank einer neuen Mikroskop-Technik.

Diese noch nie da gewesenen Blick auf die molekulare Welt kann helfen, Forscher Drogen zu entwerfen und zu verstehen, wie Medikamente interagieren mit der Umwelt in den menschlichen Körper, sagte der Forscher in ihrem Bericht über die Technik, veröffentlichte heute online (7. Mai) in der Zeitschrift Science Express.

"Dies stellt eine neue Ära in der Bildgebung von Proteinen bei Menschen mit immensen Auswirkungen für Drug Design", sagte Dr. Francis Collins, Direktor der US National Institutes of Health in einer Erklärung. "Diese in der Nähe von atomarer Ebene der Bildgebung bietet detaillierte Informationen zu den Schlüsseln, die zelluläre Prozesse zu erschließen."

In dem Bericht die Forscher erläutert wie sie die Technik verwendet – Cryo-Elektron Mikroskopie (oder Cryo-EM) genannt —, in exquisiten Detail zu zeigen, wie ein Medikament mit einem Enzym gebunden und blockiert die Aktivität. [Video: Cryo-EM in Aktion zu sehen]

Arbeiten mit ein Enzym namens Beta-Galaktosidase, das in Bakterien die Forscher einen Strahl von Elektronen durch ein Gitter gerichtet, die eine Lösung des Enzyms gehalten vorkommt, war der Blitz eingefroren. Die Lösung wurde bei einer Temperatur von über minus 346 Grad Fahrenheit (minus 210 Grad Celsius) gehalten.

Das resultierende Bild zeigt das Enzym auf die Konturen der Atome, aus denen sich seine Aminosäuren, sagte Erstautor der Studie, Sriram Subramaniam, ein Forscher des National Cancer Institute Center for Cancer Research, spezialisiert auf zellulärer und molekularer Bildgebung.

Enzyme sind in der Regel verantwortlich für die Beschleunigung von chemischen Reaktionen in den Zellen. Verständnis ihrer Struktur, entweder allein oder an ein Medikament könnte helfen Wissenschaftler schaffen neue Medikamente, die blockieren oder ihre Funktionen nach Angaben der Forscher verbessern können.

Die neue Methode erlaubt Forschern, Beta-Galaktosidase bei einer Auflösung von 2,2 Angström zu sehen (ein Ångström ist ein Milliardstel eines Meters). Nur Röntgen-Kristallographie Moleküle auf einer ähnlichen Skala zeigen geschafft hat, aber diese Technik erfordert immer Moleküle in eine geordnete Anordnung, während mit Cryo-EM, Moleküle in natürlicher Umgebung analysiert werden können, sagte Subramaniam.

Die Technik allerdings die Forscher etwa 40.000 Bilder des Enzyms zu ergreifen, um diese 3D-Ansicht des Moleküls zu bekommen.

"Jedes Molekül in einer anderen Ausrichtung erfasst wird", sagte Subramaniam Leben Wissenschaft. "Wir kombinieren Informationen aus unterschiedlichen Blickwinkeln, um ein 3D-Bild aufzubauen."

Bis jetzt konnte Elektronenmikroskopen Atome nicht abzugrenzen. "Es ist wie ein verschwommenes Bild, die geschärft worden ist", sagte er.

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