Ученые определяют трехмерные структуры белков для того, чтобы лучше понять детали их взаимодействия с другими структурами, а также уточнить биохимические функции этих белков. Наиболее мощной на сегодняшней день технологией микроскопии является рентгеновская кристаллография. Суть метода такова: специалисты выращивают кристалл из изучаемого белка или другой биомолекулы, а затем облучают его рентгеновскими лучами. Анализируя картину рассеивания лучей на объекте, ученые могут восстановить его структуру.
При всех достоинствах рентгеновской кристаллографии (более подробно об этом и других микроскопических технологиях можно прочитать здесь) у нее есть один недостаток, который мешает использовать этот метод для разрешения структуры всех белков - многие из этих молекул "не хотят" образовывать достаточно крупные кристаллы. В частности, кристаллизации практически не поддаются мембранные белки - в человеческом организме насчитывается примерно 30 тысяч таких белков, однако ученые смогли выяснить структуры всего шести из них. При этом около 60 процентов всех лекарств "нацелены" именно на мембранные белки.
Авторы новых работ использовали очень мощный источник лазерного рентгеновского излучения Linac Coherent Light Source, который способен производить очень короткие импульсы, длящиеся исчезающе малое время. Благодаря минимальной продолжительности импульса, ученые успевают зафиксировать картину, создаваемую отраженными лучами, до того, как объект будет разрушен. Для получения изображения объекта достаточно использовать его нанокристаллы, которые можно вырастить относительно легко. Физики впрыскивают нанокристаллы в камеру и пропускают сквозь них луч лазера.
Используя новую технологию, физики разрешили структуру фотосистемы I - мембранного комплекса из растительных клеток, который необходим для осуществления фотосинтеза. В общей сложности было получено три миллиона снимков, десять тысяч из которых были использованы для создания итогового изображения. Второй коллектив исследователей определил структуру вируса-гиганта, получившего название мимивируса (подробнее об этих и других вирусах можно прочитать тут). Согласно показаниям приборов, во время облучения мимивирусы нагревались до 100 тысяч градусов Цельсия - но их изображение было получено до того, как это произошло.
В будущем авторы намерены наладить методику с увеличенной мощностью лазера - этот шаг позволит разрешать структуры биомолекул с точностью до атома. Кроме того, ученые надеются, что при помощи новой методики будет возможно получать изображения биологических структур практически в нативном виде, так как необходимая подготовка образцов минимальна.