CryoEM method offers organic analysis certainty — ABC Chemicals

Метод MicroED дает быстрое, однозначное определение структуры с небольшими аморфными образцами

Американские ученые показали, что криоэлектронная микроскопия (ЭМ) может выявить структуры небольших органических молекул с беспрецедентным сочетанием скорости и определенности. Команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) и Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене получила молекулярные структуры из 12 различных соединений, каждое из которых заняло минуты. Все они были порошками или аморфными твердыми веществами, непригодными для существующих методов рентгеновской кристаллографии. Исследователи также определили структуры из четырехпорошковой смеси и измельченных таблеток ибупрофена.

Ранее не было никакого инструмента для «быстрого однозначного определения структуры для химиков-органиков», говорит Осия Нельсон из UCLA. Новый подход «меняет правила игры», потому что он может быть однозначным, добавляет он.

Методы группы основаны на методике, разработанной Тамиром Гоненом в Медицинском институте Говарда Хьюза в 2013 году. В отличие от получившей Нобелевскую премию визуализации Cryo-EM, в подходе MicroED используется инструмент Cryo-EM в дифракционном режиме с чрезвычайно низкими дозами электронов для получения дифракционные данные при непрерывном вращении образца. Это ограничивает повреждение анализируемых соединений, которое может вызвать рентгеновское излучение или более высокие дозы электронов, и захватывает структуры с атомным разрешением.

CryoEM method offers organic analysis certainty - ABC Chemicals

Гонен в основном изучает белки, но когда он посетил Калифорнийский университет в 2015 году, прежде чем переехать в свою лабораторию, друзья представили его Нельсону. «Я упомянул, что мы определили несколько структур и часто могли видеть водороды, и ум [Нельсона] начал сходить с ума, и он подумал:« Ну, не могли бы вы поместить туда маленькие молекулы? », — говорит Гонен.

Вместе с группой Калтеха Брайана Штольца и Хосе Родригесом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе команды Гонена и Нельсона начали проект почти два года назад. На первом курсе Майк Мартынович (Mike Martynowycz), постдокторский исследователь в лаборатории Гонена, обучал Криса Джонса, нового аспиранта из группы Нельсона без опыта кристаллографии, изучать MicroED.

«Как только Крис прошел обучение, все стало происходить очень быстро», — говорит Гонен. «Если у вас есть такой хороший человек, как у нас, то это действительно минуты для сбора данных». Нельсон говорит, что команде потребовалась всего неделя, чтобы спланировать эксперименты и собрать все данные в новой статье. Обученные кристаллографы должны быстро освоить технику MicroED, добавляет он.

Новый синтетический рабочий процесс

Ввод необработанных данных в программное обеспечение преобразует их в исходные структуры, подтверждая идентичность каждого вещества менее чем через 30 минут после помещения порошка в микроскоп. Нельсон называет эти данные «чрезвычайно информативными», гораздо больше, чем данные ядерного магнитного резонанса, методики структурного анализа рабочей органики. Полностью усовершенствованные структуры, пригодные для публикации, требуют дальнейшей обработки, которая занимает больше времени, аналогично рентгеновской кристаллографии.

Гонен подчеркивает, что метод может получить атомное разрешение от нанокристаллов весом всего в фемтограмму, квадриллионную грамм. «Кристаллы, которые вам нужны для рентгеновских лучей, примерно в миллиард раз больше, — объясняет он. Нельсон подчеркивает преимущества рабочего процесса, говоря, что у его команды нет времени выращивать кристаллы и отправлять их на дорогие кристаллографические объекты. В то время как электронный микроскоп Thermo Fisher Talos Arctica используется для покупки, он стоит около $2 миллиона фунтов стерлингов (1,54 миллиона фунтов стерлингов) и около $100 в час. Теперь эту технику можно использовать на любом современном инструменте Cryo-EM, поскольку около 20 групп по всему миру уже используют MicroED.

Стефан Раунсер, эксперт по крио-ЭМ в Институте молекулярной физиологии им. Макса Планка, Дортмунд, Германия, назвал исследование «выдающимся». Он отмечает, что некоторые из его сотрудников посетили семинар по MicroED, который проводил Гонен и на которого «произвела впечатление мощь техники и ее простота использования».

Штольц из Caltech добавляет, что ответ на команду ChemRxiv Препринтная бумага от исследовательского сообщества была «по-настоящему ошеломляющей и захватывающей». «Вокруг так много новых идей, будет очень интересно увидеть, к чему это приведет», — говорит он.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *