Исследователям из Центра молекулярной биоинженерии в Техническом университете Дрездена (Германия) удалось изучить структуру силикатеина – стекловидного протеина, – не выращивая кристаллы в лаборатории. Вместо этого ученые смогли заглянуть внутрь стеклянных игл из скелета настоящих губок и проанализировать крошечные структуры, передает портал EurekAlert!. Выводы опубликованы в журнале PNAS.
Стеклянные губки – беспозвоночные животные, которые имеют скелет на основе кремнезема (из этого элемента получают обычное стекло), состоящий из сети стеклянных игл, крючков, звезд и сфер. Их уникальная архитектура строится благодаря тонким кристаллическим волокнам, состоящим из белка, известного как силикатеин. Однако до сих пор попытки определить трехмерную структуру этого белка, описать, как он собирается в кристаллы и как образует стеклянный скелет, были безуспешными. В основном потому, что нельзя было воспроизвести эти кристаллы в лаборатории. Поэтому представления о структуре силикатеина были основаны лишь на его сходстве с другими белками, отмечается в пресс-релизе.
Исследователи из Технического университета Дрездена решили не выращивать кристаллы в лаборатории. Вместо этого они проанализировали образец, выросший в естественных условиях. Они использовали просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения (HRTEM), чтобы ближе изучить кристаллы силикатеина, «упакованные» внутри стеклянных игл. «Мы наблюдали исключительно упорядоченную и в то же время сложную структуру. Анализируя образец, мы увидели, что это смесь органического и неорганического вещества. Это означает, что и белки, и стекло образуют гибридную надстройку, которая каким-то образом формирует скелет губок», – поясняет руководитель исследования Игорь Злотников.
Традиционный способ получения трехмерной структуры белка – подвергнуть его кристалл пучку рентгеновских лучей. Каждый кристалл белка по-своему рассеивает рентгеновские лучи, обеспечивая уникальный снимок его внутреннего устройства. Вращая кристалл и собирая такие снимки под разными углами, исследователи могут использовать вычислительные методы для определения трехмерной структуры белка. Такой подход широко используется и составляет основу современной структурной биологии. Он подходит для кристаллов размером не менее 10 микрон. Однако группа Злотникова хотела проанализировать кристаллы силикатеина, которые были примерно в 10 раз меньше. Под воздействием рентгеновских лучей они почти сразу же были повреждены, поэтому собрать полный набор данных снимков с разных углов было невозможно.
В своем исследовании команда использовали новый метод, известный как последовательная кристаллография. Комбинируя дифракционные изображения от многих кристаллов, ученые получили много снимков, каждый из которых фиксирует отдельную часть крошечного кристалла (или даже нескольких кристаллов). Затем они собрали все изображения, чтобы расшифровать структуру.
В общей сложности исследователи собрали более 3500 отдельных снимков дифракции рентгеновских лучей от 90 стеклянных игл. Используя современные вычислительные методы, они смогли найти порядок в хаосе и собрать данные, чтобы определить первую полную трехмерную структуру силикатеина.
[Фото: RONALD SEIDEL/IGOR ZLOTNIKOV]
