The protein crystallisation influencer — ABC Chemicals

Наоми Чайен, профессор биомедицинских наук на медицинском факультете Имперского колледжа в Лондоне, Великобритания, выступала на собрании Британской кристаллографической ассоциации в своем учебном заведении в декабре 2018 года. Вскоре после этого Клэр Сэнсом узнала о своей карьере. манипулирование фазовыми диаграммами для получения высококачественных кристаллов белка

The protein crystallisation influencer - ABC Chemicals

Источник: Предоставлено Наоми Чайен

Serendipity играет значительную роль в научных открытиях и, фактически, почти в каждой научной карьере. Если бы это не был финансовый кризис как постдок, Наоми Чаен вполне могла бы делать выдающуюся карьеру в фармакологии. То, что начиналось как насильственное изменение направления, привело ее к совершенно другой дисциплине, которую она создала сейчас: кристаллизация белка.

Чайен выросла в Израиле и училась на первую степень в аптеке в Еврейском университете в Иерусалиме. Она была многообещающей студенткой, настолько, что в ее последний год один из ее профессоров попросил ее пойти в Институт ревматологии Кеннеди в Лондоне, чтобы изучать гистохимию с целью помочь ему установить ее в Иерусалиме. Она закончила обучение в магистратуре и докторантуре в Институте Кеннеди, часто возвращаясь на свое старое отделение в Израиле. Ее первый постдок был в отделе биофизики Имперского колледжа, работавшем над мышечными белками. Это исследование было успешным, но ее грант не был продлен. Именно тогда ее начальник — глава биофизики Дэвид Блоу, который изучал кристаллографию белка с Максом Перуцем в Кембридже — вызвал ее с интересным предложением.

Блоу искал талантливого постдока, чтобы работать с ним над методами кристаллизации белков. В то время кристаллография была единственным надежным методом определения их структуры при атомном разрешении, но структуры немногих, которые легко кристаллизуются, были известны, и получение кристаллов других было ненадежным и крайне медленным. Слишком часто испытания кристаллизации не давали кристаллов; крошечные, пудровые; или, что еще хуже, красивые большие, которые плохо дифрагируют или не рассеиваются вовсе.

Несмотря на то, что она мало знала физическую химию и не занималась кристаллографией, когда начала свою работу с Blow, Чейен осознала важность фазовой диаграммы образования кристаллов.1 Это показывает, как растворимость белка зависит от концентрации белка и любого осадителя и других регулируемых параметров, таких как температура и pH.

Профессор Ойл

Чейен уже более четверти века разрабатывает новые методы, которые манипулируют фазовой диаграммой, заставляя кристаллы расти. Первый метод, который она разработала вместе с Douglas Instruments, включал создание крошечных капель белка и растворов осадителей под парафиновым маслом низкой плотности; более плотные белковые растворы остаются под маслом, где они защищены от испарения и внешних ударов. Этот метод был первым, позволившим расти кристаллам из нанолитровых капель. Она вспоминает, как ее популярность росла из уст в уста: «В Imperial есть какая-то сумасшедшая женщина, которая что-то делает с маслом… подойди и возьми кристаллы!» Этот метод также дал ей прозвище «Профессор Ойл», которым она наслаждалась или терпела много лет.

Этот высокопроизводительный метод кристаллизации белка под маслом продается компанией Douglas Instruments в качестве микробатного метода; это по-прежнему второй по популярности метод кристаллизации белков после диффузии паров, и он цитируется непосредственно в 1790 записях в банке протеиновых данных. Важно отметить, что он может хорошо работать с некоторыми из самых трудных для кристаллизации белков: мембранными белками.

The protein crystallisation influencer - ABC Chemicals

Кристаллы не могут образовываться без зародышеобразования, но если раствор белка проводит слишком долго в зоне зародышеобразования на фазовой диаграмме, это приведет к ливням крошечных кристаллов, которые не будут расти и с которыми невозможно работать. «Вы можете думать о росте кристаллов как об ЭКО; Вы хотите одного или двух здоровых детей, а не беременность со многими детьми, которые слишком утоплены в матке, чтобы процветать », — объясняет Чейен. Зону нуклеации можно обойти, посеяв белковые растворы небелковыми нуклеантами; Идея Чейна состояла в том, чтобы создать пористые материалы, которые могут задерживать молекулы белка в их отверстиях. Как только несколько молекул оказались в ловушке, они могут образовывать ядра, которые притягивают других к образованию кристаллов. «Поры будут удерживать белковые молекулы только в том случае, если они имеют одинаковый размер», — объясняет она. Ядра НаомиTM, продаваемые компанией Molecular Dimensions, представляют собой пористые биостекла с формулой CaO-P2О5-SiO2 и поры размером с белок от 2 до 10 нм в диаметре.2 До сих пор они способствовали кристаллизации более 20 белков: больше, чем любой другой отдельный нуклеант.

Отверстия в Nucleants Наоми имеют смесь форм и размеров в пределах заявленного диапазона. Следующим шагом Чейна было создание материалов, обладающих специфическим сродством к белкам. Молекулярно импринтированные полимеры (MIP) представляют собой полимеры, образующиеся в присутствии белка, который затем экстрагируется, оставляя отпечаток белка позади.3 Они даже не должны быть разработаны с учетом одного конкретного белка в виду. Chayen Reddy MIP, разработанный Chayen совместно с Sub Reddy, в настоящее время работающий в Университете Центрального Ланкашира, Великобритания, и продаваемый через Imperial Innovations, был разработан, чтобы хорошо работать с большинством белков в заданном диапазоне размеров. Важно отметить, что он полужидкий и поэтому пригоден для дозирования роботами в высокопроизводительных испытаниях кристаллизации.

Кристаллизация белка по-прежнему является важным узким местом в кристаллографии, но междисциплинарная работа Чаина внесла большой вклад в становление науки, а не искусства. Прежде всего, ее подход практичен. Кристаллизация в микробатчиках, пористые нуклеанты и МИПы дали совершенно разные решения проблемы убеждения кристаллизующихся нежелательных белков, и мы можем ожидать, что она будет развиваться и дальше, не менее творчески, в предстоящие годы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *