大家好，這里是老上光顯微鏡知識(shí)課堂，在這里你可以學(xué)到所有關(guān)于顯微鏡知識(shí)，好的，請(qǐng)看下面文章： 和其他結(jié)構(gòu)生物學(xué)家一樣，伊娃·諾加萊斯也趕上了好時(shí)光。加州大學(xué)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(xì)胞和分子問題。
    
     Nogales和他的同事、分子生物學(xué)家和CRISP-Cas9的發(fā)明人之一Jennifer Doudna最近的合作就是一個(gè)很好的例子。他們都對(duì)R環(huán)很感興趣。在很多情況下，在細(xì)胞被CRISPR-Cas9切割DNA之前，細(xì)胞就形成了核苷酸R環(huán)。對(duì)化膿鏈球菌的R-環(huán)進(jìn)行成像，獲得近原子分辨率的結(jié)構(gòu)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(xiàng)工作最突出的方面是科學(xué)家可以快速地將功能與結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，并且可以結(jié)合成像方法。一個(gè)多世紀(jì)以來，結(jié)構(gòu)生物學(xué)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(shí)可能會(huì)改變其形態(tài)或取向，結(jié)晶法無法捕捉這些變化。
    
     現(xiàn)在科學(xué)家擁有大量的成像工具庫。低溫化學(xué)顯微鏡或核磁共振（NMR）成像，如化學(xué)家，可以用來獲得接近原子分辨率的結(jié)構(gòu)圖像而不結(jié)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(xì)胞中的所有蛋白質(zhì)和核酸。
    
     經(jīng)驗(yàn)表明，任何單一的方法都不足以研究細(xì)胞中發(fā)生的動(dòng)態(tài)行為和復(fù)雜的相互作用。更好的解決方案是集成來自多個(gè)工具的圖像。
    
     斯坦福大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)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(jié)合起來達(dá)到1+12的效果。科恩伯格因其對(duì)reve的貢獻(xiàn)在2006年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。揭示基因的轉(zhuǎn)錄機(jī)制。為了這個(gè)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(xué)一樣，他已經(jīng)開始結(jié)合各種方法。
    
     Kornberg繼續(xù)分析RNA聚合酶II，但是現(xiàn)在他結(jié)合了低溫電子顯微鏡和結(jié)晶學(xué)。與晶體技術(shù)相比，低溫電子顯微鏡可以用于非結(jié)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(xué)交聯(lián)和質(zhì)譜技術(shù)揭示了相鄰蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，并使用已知的蛋白質(zhì)信息建立同源性模型。
    
     同時(shí)，Nogales和Doudna團(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。在這兩個(gè)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(xué)問題，對(duì)藥物開發(fā)者也是有用的。細(xì)胞膜上的大蛋白通常是治療目標(biāo)，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(xì)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(xì)胞相互作用的機(jī)制可能有助于疫苗的研制。納什維爾范德比爾特大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Jens Meiler說，這些結(jié)構(gòu)對(duì)于理解imm的方式很重要。UNE系統(tǒng)工作。
    
     德國(guó)歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（EMBL）細(xì)胞生物學(xué)和生物物理學(xué)主任簡(jiǎn)·埃倫伯格說，對(duì)于許多生命科學(xué)家來說，這個(gè)時(shí)代是一個(gè)夢(mèng)想成真的時(shí)代。這個(gè)夢(mèng)想從原子水平到細(xì)胞水平都是無縫的。對(duì)細(xì)胞大分子的深入理解自然地回答結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的個(gè)問題：分子的結(jié)構(gòu)如何與其功能相關(guān)
    
     結(jié)構(gòu)生物學(xué)家工具箱中的每種技術(shù)都提供了不同的視角。生物學(xué)家相信使用混合方法建立的模型能夠準(zhǔn)確地反映細(xì)胞中分子或復(fù)合物的行為。梅勒說：你需要將這些技術(shù)結(jié)合起來才能得到全面的答案。
    
     X射線衍射是測(cè)定蛋白質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)方法，1971年成立的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫擁有的大約120000個(gè)模型中，約90％來自晶體學(xué)研究。
    
     然而，對(duì)于結(jié)構(gòu)生物學(xué)家來說，雖然該技術(shù)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(chǎn)生有序的晶體。科學(xué)家通過分析原子如何散射光來確定分子結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生可測(cè)量的衍射圖案，并且每個(gè)晶體必須是靜態(tài)的。因此，這種方法不能揭示分子如何運(yùn)動(dòng)和工作，也不能揭示分子如何與其他系統(tǒng)相互作用。
    
     德國(guó)復(fù)雜系統(tǒng)研究所計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)小組組長(zhǎng)Gunnar Schroder指出，蛋白質(zhì)不僅僅是一個(gè)單一的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，你想看到的是整個(gè)蛋白質(zhì)是如何工作的。晶體技術(shù)可以提供正常環(huán)境中蛋白質(zhì)的快照。但是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家需要其他方法來補(bǔ)充晶體結(jié)構(gòu)信息，并提高他們對(duì)蛋白質(zhì)形態(tài)和功能的理解。
    
     此外，許多蛋白質(zhì)，如細(xì)胞膜上的藥物靶標(biāo)，是靈活和不穩(wěn)定的。為了讓這些蛋白質(zhì)形成晶體，研究人員常常要在一定程度上改變它們。他把實(shí)驗(yàn)和計(jì)算方法結(jié)合起來，以便更好地理解分子結(jié)構(gòu)。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(shí)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(gè)很大的改進(jìn)。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?yàn)槔鋬鰳悠愤h(yuǎn)離它們的動(dòng)態(tài)和自然狀態(tài)。NMR光譜可以解決這個(gè)問題。Schroder說NMR有很大的優(yōu)勢(shì)。你可以在室溫下觀察樣品，獲得有關(guān)蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)的信息。他的實(shí)驗(yàn)室通過結(jié)合核磁共振、低溫電子顯微鏡和結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>    
     核磁共振應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)是在20世紀(jì)40年代，研究人員在外加磁場(chǎng)中激發(fā)原子以獲得大分子結(jié)構(gòu)，當(dāng)原子恢復(fù)時(shí)，可以檢測(cè)到其內(nèi)部磁場(chǎng)的變化，從而反映分子的原子結(jié)構(gòu)。僅適用于相對(duì)較小的大分子或絡(luò)合物。
    
     結(jié)構(gòu)生物學(xué)家也使用雜交的方法來分析超大復(fù)合物——以前不可能完成的任務(wù)。Kornberg的最新工作進(jìn)一步擴(kuò)展了他對(duì)RNA聚合酶II的研究，并使用雜交的方法來描述一個(gè)由50多個(gè)蛋白質(zhì)和tra組成的龐大復(fù)合物。刻字因素。通過多種方法的結(jié)合，他們首先看到了整個(gè)復(fù)雜性。每個(gè)方法的貢獻(xiàn)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(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的重疊。因此，混合方法的一個(gè)潛在問題是由多個(gè)誤差源引起的誤差增加。所得模型準(zhǔn)確、準(zhǔn)確、可靠。
    
     另一個(gè)障礙是多類數(shù)據(jù)集的共享和利用。任何技術(shù)都可以獲得豐富的信息，因此信息共享都是一個(gè)挑戰(zhàn)。冷凍電子顯微鏡制造商FEI的首席科學(xué)家Jeffrey Lengyel說，每天產(chǎn)生數(shù)百萬兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。指出結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域?qū)⑾蚋咄窟z傳生物學(xué)領(lǐng)域?qū)W習(xí)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(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與冷凍電子顯微鏡相結(jié)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(cè)量聚合物的距離和方向，而冷凍電子顯微鏡則產(chǎn)生密度圖。雖然這兩個(gè)數(shù)據(jù)一起非常有用，但是這兩個(gè)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(jié)構(gòu)生物學(xué)家聚集在歐洲生物信息學(xué)研究所。目前，PDB存儲(chǔ)關(guān)于單個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并應(yīng)該添加關(guān)于蛋白質(zhì)所有方面的數(shù)據(jù)，Schroder說。ILS，蛋白質(zhì)和高分子功能的更全面的分析。
    
     學(xué)術(shù)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(jī)構(gòu)提供資金，這些機(jī)構(gòu)包含可以共享、歸檔和分發(fā)的數(shù)據(jù)。
    
     另一個(gè)可能阻礙該領(lǐng)域的威脅是專業(yè)知識(shí)。梅勒指出，技術(shù)需要投資，但培訓(xùn)科學(xué)家的投資也很重要。他建議結(jié)構(gòu)生物學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)每種方法的利弊，至少掌握一種。新一代科學(xué)家了解如何整合這些不同的技術(shù)。
    
     最后，結(jié)構(gòu)生物學(xué)家必須學(xué)會(huì)對(duì)以前認(rèn)為不可能的新的、復(fù)雜的生物學(xué)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。
    
     網(wǎng)站網(wǎng)友點(diǎn)擊量更高的文獻(xiàn)目錄排行榜： 點(diǎn)此鏈接 關(guān)注頁面底部公眾號(hào)，開通以下權(quán)限： 一、獲得問題咨詢權(quán)限。 二、獲得工程師維修技術(shù)指導(dǎo)。 三、獲得軟件工程師在線指導(dǎo) toupview,imageview,OLD-SG等軟件技術(shù)支持。 四、請(qǐng)使用微信掃描首頁底部官主賬號(hào)！