كيف يلتقط Cryo-EM ديناميكيات البروتين

البروتينات ليست تماثيل - فهي تتحرك وتلتف وتطوى وتغير شكلها باستمرار. يعد فهم هذه الحركة مفتاحا لفتح كيفية عمل الحياة على المستوى الجزيئي. وهذا هو المكان الذي يدخل فيه Cryo-EM الصورة. تتيح تقنية التصوير المتقدمة هذه التقاط البروتينات ليس كهياكل ثابتة ، ولكن في حالة حركة - إطارا تلو الآخر - مما يوفر نافذة أوضح على وظيفتها. في Longlight Technology ، شهدنا عن كثب كيف تعيد Cryo-EM تشكيل البيولوجيا الهيكلية. بصفتنا شركة مصنعة لمعدات المختبرات الدقيقة ، نحن فخورون بدعم هذه الثورة العلمية بأدوات مصممة للوضوح والسرعة والدقة.

(التقاط الديناميكيات التوافقية لبروتين سبايك SARS-CoV-2)

الفحص المجهري الإلكتروني بالتبريد (Cryo-EM) هو أداة بيولوجيا هيكلية أساسية يتم تطبيقها على نطاق واسع في البحوث الطبية الحيوية المتطورة. على سبيل المثال ، تم استخدامه لالتقاط الديناميكيات التوافقية لبروتين سبايك SARS-CoV-2 ، والذي كان حاسما لفهم آليات دخول الفيروس ودعم بشكل مباشر تصميم اللقاحات وتحييد الأجسام المضادة أثناء جائحة COVID-19 (Wrapp et al. ، Science ، 2020). يكمن تطبيق رئيسي آخر في دراسة سوء طي البروتين وتكوين ألياف الأميلويد في الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر ، مما يساعد الباحثين على توضيح الأساس الجزيئي للتجميع المرضي (Fitzpatrick et al. ، Nature ، 2017). يتيح Cryo-EM تصور مجمعات البروتين الكبيرة والديناميكية بدقة شبه ذرية دون الحاجة إلى التبلور ، مما يجعله لا غنى عنه لدراسة العمليات البيولوجية المعقدة في حالاتها الأصلية.

(نشرت فرق البحث بجامعة تسينغهوا بقيادة وانغ شينكوان وشيانغ يي دراسة تكشف عن خطوة رئيسية في دخول فيروس كورونا إلى الخلايا المضيفة).

(مرض الزهايمر وأمراض البريون: أوجه تشابه مذهلة في طي البروتين وتكاثره)

مشاهدة الجزيئات بدقة عالية

لعقود من الزمان ، سعى العلماء إلى أدوات يمكن أن تكشف عن كيفية تصرف الجزيئات البيولوجية - وليس فقط كيف تبدو. جعلنا الفحص المجهري الإلكتروني بالتبريد التقليدي (Cryo-EM) أقرب إلى هذا الهدف من خلال السماح للباحثين بتجميد الجزيئات الحيوية الحساسة في حالتها الأصلية والرطبة ودراستها بدقة شبه ذرية. على عكس علم البلورات ، الذي يتطلب هياكل ثابتة وموحدة ، يعمل Cryo-EM مع بروتينات معقدة ومرنة - لا حاجة للتبلور.

أحدثت Cryo-EM ثورة في البيولوجيا الهيكلية من خلال تمكين تصور مجمعات البروتين الديناميكية الكبيرة في شكلها الأصلي. بدلا من تقديم عرض ثابت واحد ، تسمح تقنيات معالجة الصور المتقدمة المطبقة على مجموعات بيانات Cryo-EM للباحثين بإعادة بناء حالات هيكلية متعددة حسابيا من مجموعات الجسيمات غير المتجانسة. يكشف هذا عن التباين التوافقي الذي كان غير مرئي في السابق - مما يعطي نظرة ثاقبة للآليات الجزيئية ، وتفاعلات البروتين والترابط ، والتنظيم الخيفي.

هذا المنظور له آثار هائلة:

✅يمكن تصور الإنزيمات المعقدة في حالات توافقية مختلفة ، مما يساعد على توضيح الآليات التحفيزية.

✅يمكن استنتاج الهياكل الوسيطة العابرة من عدم تجانس الجسيمات ، مما يوفر فهما أعمق لوظيفة البروتين.

✅يمكن دراسة ربط الترابط والمفاتيح التوافقية والترتيبات متعددة المجالات في ظل ظروف شبيهة بالسكان الأصليين ، مثل درجة الحموضة الفسيولوجية ودرجة الحرارة.

من خلال السماح للعلماء بتصور العمارة الجزيئية بوضوح استثنائي ، يملأ Cryo-EM فجوة طويلة الأمد في البيولوجيا الهيكلية. بدلا من الاعتماد فقط على اللقطات المتبلورة أو النماذج غير المباشرة ، يمكن للباحثين الآن دراسة الآلات الجزيئية الحيوية أثناء العمل ، حتى لو تم استنتاجها فقط من مخاليط التوازن. هذه البصيرة ليست مرضية أكاديميا فحسب - بل لها قيمة عملية أيضا. من تطوير الأدوية إلى البيولوجيا التركيبية ، يفتح فهم التركيب الجزيئي في ظل ظروف شبه أصلية الأبواب أمام ابتكار أكثر ذكاء وأسرع.

لماذا هذه التكنولوجيا مشكلة كبيرة

في عالم أبحاث البروتين ، غالبا ما تكون المرونة الهيكلية هي مفتاح الوظيفة. تتحول العديد من البروتينات بين المطابقات لأنها ترتبط بالجزيئات أو تعالج الركائز أو تنقل الإشارات. كان التقاط هذه الحالات المختلفة - خاصة بالنسبة لبروتينات الغشاء أو بروتينات الاندماج الفيروسي أو المجمعات متعددة الوحدات الفرعية - يمثل تحديا للطرق التقليدية.

Cryo-EM يغير ذلك. يمنح الباحثين القدرة على تجميد الجزيئات الحيوية في حالاتها الوظيفية - دون تشويه شكلها الطبيعي. هذه خطوة هائلة إلى الأمام لعلم الأحياء الهيكلي ، خاصة عند دراسة البروتينات غير المستقرة أو المضطربة أو الموجودة في تكوينات متعددة.

ما يجعل هذه الطريقة تغير قواعد اللعبة حقا هو عمليتها:

• العمل مع أحجام العينات بمقياس نانولتر ، مما يوفر المواد البيولوجية الثمينة
• تخطي عملية التبلور الطويلة والصعبة تماما
• الحفاظ على حالة الترطيب الأصلية ، مع الحفاظ على الجزيئات ذات صلة بيولوجيا
• حل المطابقات غير المتجانسة من مجموعة بيانات واحدة

تفتح هذه المزايا إمكانيات جديدة لدراسة كل شيء من آليات دخول الفيروس إلى البروتينات الحركية وإنزيمات الإشارات. في اكتشاف الأدوية ، حيث يمكن أن يحدد فهم التشكل الملزم الدقيق للجزيء النجاح العلاجي ، يقدم Cryo-EM رؤى هيكلية أساسية غالبا ما تفوتها الطرق الثابتة.

في Longlight Technology ، قمنا ببناء أنظمة Cryo-EM الخاصة بنا مع وضع هذه الاحتياجات في الاعتبار. تدعم منصاتنا التزجيج فائق السرعة والتصوير عالي التباين والتحكم الدقيق لالتقاط كل التفاصيل الهيكلية. سواء كنت تستكشف بنية الإنزيم أو البروتين الخاطئ في المرض ، فإن أدواتنا تساعد في جعل غير المرئي مرئيا - بوضوح ودقة وثقة.

خلف الأدوات في Longlight Technology

كشركة ، نحن لا نركز فقط على الآلات - نحن نركز على مستقبل العلوم. في Longlight Technology ، نقوم بتصميم وتصنيع أدوات مختبرية متطورة ومواد استهلاكية جينومية وحلول بيولوجيا هيكلية مصممة خصيصا لتلبية احتياجات البحث في العالم الحقيقي.

يتجاوز التزامنا توفير الأجهزة. عندما يتعلق الأمر ب Cryo-EM ، فإننا نقدم:

• دعم كامل لسير العمل - من التزجيج إلى تحليل البيانات ، نحن معك في كل خطوة

• حلول التصوير المرنة - سواء كنت تجري تحليل جسيم واحد أو التصوير المقطعي

• مساعدة الخبراء - يساعد فريقنا المتمرس في تحسين التصميم التجريبي والإخراج

بالإضافة إلى Cryo-EM ، يشتمل الكتالوج الخاص بنا على أنظمة الموجات فوق الصوتية المركزة ، ومجموعات استخراج الحمض النووي ، والمواد الاستهلاكية ChIP-seq ، وأدوات تحضير NGS المختلفة. تم تصميم كل منتج مع وضع الموثوقية والدقة في الاعتبار ، ويدعم المجالات من علم الأحياء الأساسي إلى التشخيص السريري.

الكلمات الختامية

نحن ندخل حقبة جديدة في التصور الجزيئي. مع Cryo-EM ، لم يعد الباحثون بحاجة إلى الاعتماد فقط على اللقطات غير المباشرة أو الثابتة - يمكنهم تحليل عدم التجانس الهيكلي والحالات التوافقية بدقة شبه ذرية. هذا يفتح الأبواب لاكتشافات جديدة في كل شيء من آليات الإنزيم إلى تصميم اللقاح. نعتقد أن هذه التكنولوجيا ستلعب دورا مركزيا في فهم كيفية عمل علم الأحياء حقا - في الفضاء والهيكل والتعقيد. بصفتنا مصنعين ، نفخر بمعرفة أن أدواتنا تساعد في دفع هذه الحدود إلى الأمام. لقد رأينا بالفعل مختبرات Cryo-EM تساعد في الكشف عن بنى البروتين التي لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقا - وهذه مجرد البداية. إذا كنت مستعدا لاستكشاف حدود التركيب الجزيئي ، فإن Longlight Technology موجودة هنا لتزويد مختبرك بالأدوات اللازمة للقيام بذلك. دعونا نبني الاكتشافات التي تحرك العالم.