大家好，這里是老上光顯微鏡知識課堂，在這里你可以學到所有關于顯微鏡知識，好的，請看下面文章： 和其他結構生物學家一樣，伊娃·諾加萊斯也趕上了好時光。加州大學伯克利分校的教職員工現(xiàn)在可以使用新的工具來解決幾年前無法解決的細胞和分子問題。
    
     Nogales和他的同事、分子生物學家和CRISP-Cas9的發(fā)明人之一Jennifer Doudna最近的合作就是一個很好的例子。他們都對R環(huán)很感興趣。在很多情況下，在細胞被CRISPR-Cas9切割DNA之前，細胞就形成了核苷酸R環(huán)。對化膿鏈球菌的R-環(huán)進行成像，獲得近原子分辨率的結構圖像，提示Cas9酶如何在特定位置打開DNA，并將其作為CRISPR的分子剪刀使用。
    
     這項工作最突出的方面是科學家可以快速地將功能與結構聯(lián)系起來，并且可以結合成像方法。一個多世紀以來，結構生物學的方法是X射線晶體衍射法。然而，有些生物分子太大或太大。由于晶體較小，因此不能采用X射線法，而且某些分子在起作用時可能會改變其形態(tài)或取向，結晶法無法捕捉這些變化。
    
     現(xiàn)在科學家擁有大量的成像工具庫。低溫化學顯微鏡或核磁共振（NMR）成像，如化學家，可以用來獲得接近原子分辨率的結構圖像而不結晶，從而揭示分子的形狀、大小和方向。并非所有的方法都適用于活細胞中的所有蛋白質和核酸。
    
     經(jīng)驗表明，任何單一的方法都不足以研究細胞中發(fā)生的動態(tài)行為和復雜的相互作用。更好的解決方案是集成來自多個工具的圖像。
    
     斯坦福大學的結構生物學家羅杰·科恩伯格指出，每種方法都提供了一些重要的信息，可以結合起來達到1+12的效果。科恩伯格因其對reve的貢獻在2006年獲得了諾貝爾化學獎。揭示基因的轉錄機制。為了這個突破性的研究，他采用了X射線晶體衍射法。現(xiàn)在，像其他晶體學一樣，他已經(jīng)開始結合各種方法。
    
     Kornberg繼續(xù)分析RNA聚合酶II，但是現(xiàn)在他結合了低溫電子顯微鏡和結晶學。與晶體技術相比，低溫電子顯微鏡可以用于非結晶生物分子，并且可以分辨較大的分子，但是目前的分辨率很小。Kornberg還利用化學交聯(lián)和質譜技術揭示了相鄰蛋白質之間的關系，并使用已知的蛋白質信息建立同源性模型。
    
     同時，Nogales和Doudna團隊也采用混合方法研究R環(huán)。Nogales指出，高分辨率X射線晶體方法無法解析完整的R環(huán)結構。所以他們使用低溫電子顯微鏡在低分辨率下分析完整的R環(huán)結構。在這兩個方面，研究人員能夠真正揭示R環(huán)在CRISPR-CAS9中的作用。
    
     這種雜交或綜合的方法有助于研究人員深入研究基本的科學問題，對藥物開發(fā)者也是有用的。細胞膜上的大蛋白通常是治療目標，而高分辨率雜交方法可以揭示藥物-受體相互作用的原子細節(jié)。類似地，證明HIV、埃博拉病毒和其他病原體的包膜蛋白與免疫細胞相互作用的機制可能有助于疫苗的研制。納什維爾范德比爾特大學的結構生物學家Jens Meiler說，這些結構對于理解imm的方式很重要。UNE系統(tǒng)工作。
    
     德國歐洲分子生物學實驗室（EMBL）細胞生物學和生物物理學主任簡·埃倫伯格說，對于許多生命科學家來說，這個時代是一個夢想成真的時代。這個夢想從原子水平到細胞水平都是無縫的。對細胞大分子的深入理解自然地回答結構生物學中的個問題：分子的結構如何與其功能相關
    
     結構生物學家工具箱中的每種技術都提供了不同的視角。生物學家相信使用混合方法建立的模型能夠準確地反映細胞中分子或復合物的行為。梅勒說：你需要將這些技術結合起來才能得到全面的答案。
    
     X射線衍射是測定蛋白質的原子結構的標準方法，1971年成立的蛋白質數(shù)據(jù)庫擁有的大約120000個模型中，約90％來自晶體學研究。
    
     然而，對于結構生物學家來說，雖然該技術具有高的分辨率，但是也有局限性。首先，樣品需要高度純化以產生有序的晶體。科學家通過分析原子如何散射光來確定分子結構。產生可測量的衍射圖案，并且每個晶體必須是靜態(tài)的。因此，這種方法不能揭示分子如何運動和工作，也不能揭示分子如何與其他系統(tǒng)相互作用。
    
     德國復雜系統(tǒng)研究所計算結構生物學小組組長Gunnar Schroder指出，蛋白質不僅僅是一個單一的靜態(tài)結構，你想看到的是整個蛋白質是如何工作的。晶體技術可以提供正常環(huán)境中蛋白質的快照。但是結構生物學家需要其他方法來補充晶體結構信息，并提高他們對蛋白質形態(tài)和功能的理解。
    
     此外，許多蛋白質，如細胞膜上的藥物靶標，是靈活和不穩(wěn)定的。為了讓這些蛋白質形成晶體，研究人員常常要在一定程度上改變它們。他把實驗和計算方法結合起來，以便更好地理解分子結構。晶體方法是一種好的初始方法，但是這種方法不足以提供功能信息。他說。
    
     諾加萊斯等。使用混合策略實現(xiàn)10A的總分辨率，與先前的30A的分辨率分析相比，這是一個很大的改進。提高的分辨率為氨基酸與DNA的相互作用提供了新的見解，如Nogales所說。
    
     但是冷凍電子顯微鏡需要冷凍樣品。這是不理想的，因為冷凍樣品遠離它們的動態(tài)和自然狀態(tài)。NMR光譜可以解決這個問題。Schroder說NMR有很大的優(yōu)勢。你可以在室溫下觀察樣品，獲得有關蛋白質動力學的信息。他的實驗室通過結合核磁共振、低溫電子顯微鏡和結晶學數(shù)據(jù)建立了一個實驗模型。
    
     核磁共振應用于實驗是在20世紀40年代，研究人員在外加磁場中激發(fā)原子以獲得大分子結構，當原子恢復時，可以檢測到其內部磁場的變化，從而反映分子的原子結構。僅適用于相對較小的大分子或絡合物。
    
     結構生物學家也使用雜交的方法來分析超大復合物——以前不可能完成的任務。Kornberg的最新工作進一步擴展了他對RNA聚合酶II的研究，并使用雜交的方法來描述一個由50多個蛋白質和tra組成的龐大復合物。刻字因素。通過多種方法的結合，他們首先看到了整個復雜性。每個方法的貢獻也很大。他說。
    
     雖然不同的方法能帶來更多的信息，但是混淆會導致錯誤的重疊。因此，混合方法的一個潛在問題是由多個誤差源引起的誤差增加。所得模型準確、準確、可靠。
    
     另一個障礙是多類數(shù)據(jù)集的共享和利用。任何技術都可以獲得豐富的信息，因此信息共享都是一個挑戰(zhàn)。冷凍電子顯微鏡制造商FEI的首席科學家Jeffrey Lengyel說，每天產生數(shù)百萬兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。指出結構生物學領域將向高通量遺傳生物學領域學習如何處理數(shù)據(jù)過載。雖然有軟件可以靈活地將高分辨率晶體結構數(shù)據(jù)與冷凍電子顯微鏡相結合，但其它方法得到的數(shù)據(jù)卻是相同的。電子順磁共振（EPR）光譜測量聚合物的距離和方向，而冷凍電子顯微鏡則產生密度圖。雖然這兩個數(shù)據(jù)一起非常有用，但是這兩個數(shù)據(jù)語言是不同的。問問題。如何整合這些數(shù)據(jù)以及如何共享它們
    
     為了探索組織、共享和使用數(shù)據(jù)的更佳方式，2014年10月，數(shù)十名結構生物學家聚集在歐洲生物信息學研究所。目前，PDB存儲關于單個蛋白質結構的數(shù)據(jù)，并應該添加關于蛋白質所有方面的數(shù)據(jù)，Schroder說。ILS，蛋白質和高分子功能的更全面的分析。
    
     學術界作出了一些努力：建立了二維電子顯微鏡圖像檔案和三維EMDataBank，這些檔案由EMBL等機構提供資金，這些機構包含可以共享、歸檔和分發(fā)的數(shù)據(jù)。
    
     另一個可能阻礙該領域的威脅是專業(yè)知識。梅勒指出，技術需要投資，但培訓科學家的投資也很重要。他建議結構生物學的學生學習每種方法的利弊，至少掌握一種。新一代科學家了解如何整合這些不同的技術。
    
     最后，結構生物學家必須學會對以前認為不可能的新的、復雜的生物學問題提問。艾倫伯格說，由于采用了混合方法，許多我以為在五年前退休之前甚至不能探索的問題。
    
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