Група вчених з Дослідницького інституту Скріппса (Scripps Research Institute) вперше в світі візуалізувати процес утворення клітинних «фабрик білка» - рибосом. Крім того, що розроблений групою метод сам по собі є великим технічним досягненням, робота може відкрити нові напрямки в розробці антибіотиків і лікуванні хвороб, пов'язаних з помилками в освіті рибосом. Крім того, ці методи можуть застосовуватися для вирішення інших складних проблем в біології клітини.

Виявлення і спостереження за молекулами, що утворюють рибосоми - клітинні фабрики, що виробляють необхідні для життя білки - протягом десятиліть було головною, але ніяк не досяжною, метою біологів. Однак нова робота вчених з Дослідницького інституту Скріппса, опублікована в журналі Science, дала можливість візуалізувати проміжні хімічні стадії процесу їх утворення, або кажучи мовою біохіміків, їх біогенезу.

«Для мене це було експериментом моєї мрії», - говорить керівник проекту член Інституту хімічної біології Скеггса (Skaggs Institute for Chemical Biology) і декан факультету післядипломної освіти Інституту Скріппса професор Джеймс Вільямсон (James Williamson). «Наші чудові колеги з Скріппса готові піти на деякі божевільні експерименти, і коли вони працюють - це просто чудово».

Більш ранні дослідження проміжних молекул (інтермедіатів), які об'єднуються для утворення рибосом та інших клітинних компонентів, були жорстко обмежені можливостями методів візуалізації. Електронна мікроскопія вже давно дозволяє отримувати фотографії молекул такого розміру, але це зазвичай вимагає їх попереднього очищення. Але щоб щось очистити, це щось потрібно спочатку ідентифікувати. В цілому це означає, що вчені швидше повинні були робити попередні висновки про те, що це за інтермедіати, ніж могли спостерігати за реальним процесом їх складання.

«Моя лабораторія інтенсивно працювала над вивченням процесу складання рибосом близько 15 років», - каже Вільямсон. «Основні кроки були намічені близько 30 років тому. Чого ніхто дійсно не розумів, так це того, як все відбувається в клітинах ».

Група вчених з National Resource for Automated Molecular Microscopy (NRAMM) Інституту Скріппса під керівництвом професорів Клінтона Поттера (Clinton Potter) і Бріджит Каррагер (Bridget Carragher) у співпраці з аспірантами Школи науки і технологій Келлога Інституту Скріппса (Kellogg School of Science and Technology) Анке Малдер (Anke Mulder) і Крейгом Йошіока (Craig Yoshioka) розробила описаний в статті в Science новий метод, названий Discovery single-particle profiling (DSP), який знімає проблему очищення і дозволяє успішно візуалізувати неочищені зразки. Розроблена вченими система автоматичного збору інформації і обробки даних дала їм можливість розшифрувати яка утворюється в результаті складну «мішанину» даних, що інакше було б неможливо.

Для цього проекту науковий співробітник лабораторії Вільямсона Андреа Бек (Andrea Beck) виділила компоненти рибосом з клітин зазвичай використовуються для досліджень бактерії Escherichia Coli. Потім вона хімічно розірвала їх на частини, створивши, таким чином, розчин з дрібних компонентів, складових рибосоми. Компоненти були змішані, а потім швидко пофарбовані і вивчені під електронним мікроскопом. «Ми почали з« брудних »зразків, які містили жахливо складну суміш самих різних частинок», - коментує Вільямсон.

Анке Малдер зібрала і проаналізувала частки, що утворилися під час реакції збірки рибосоми. Щоб в кінцевому підсумку отримати зображення молекул, вчені опрацювали понад мільйон отриманих за допомогою електронного мікроскопа знімків збірки, використовуючи створений ними обчислювальний алгоритм.

Вони отримали зображення, з яких можна було скласти, як зі шматочків пазла, частини рибосом. Це було переконливим доказом спроможності їх методики. «Незалежно від того, як оброблялися дані, ми завжди бачили одне і те ж, і це змусило нас повірити, що все відбувається саме так», - говорить Вільямсон.

Додаткові підтвердження з'явилися, коли дослідники отримали зображення компонентів рибосом, які відповідають різним періодам часу реакції збірки.

Після руйнування компонентів вони готували зразки на різному часовому відстані від початку процесу, залишаючи достатньо часу для того, щоб молекулярна суміш почала збиратися, як це відбувається при складанні рибосом в клітинах.

Отримавши серію зображень, що відповідають різним періодам складання, вчені змогли показати, що в міру протікання реакції концентрації більших і складних молекул збільшуються, а більш дрібних знижуються. Ці результати збігалися з раніше вже доступною, але обмеженою інформацією про тимчасовий характер процесу освіти рибосом, ще раз підтверджуючи успіх групи.

news. gradusnik. ru Ключові слова:.