Mednarodni ekipi raziskovalcev in raziskovalk je uspelo razviti novo zmogljivo metodo za določitev kristalnih struktur bioloških makromolekul.

Da bi razumeli funkcijo in delovanje bioloških makromolekul, kot so denimo proteini in DNA, se morajo raziskovalci često poslužiti strukturne analize opazovanih molekul. Ena izmed najpogosteje uporabljenih metod za določitev strukture molekule temelji na obstreljevanju kristala te molekule z visokoenergijskimi svetlobnimi X-žarki. Pri prehodu žarka skozi kristal pride do uklanjanja in odbojev žarkov od atomov molekule, ki so razporejeni v kristalu. Uklonjeni žarki po prehodu čez kristal interferirajo in tvorijo na detektorju značilen difrakcijski vzorec svetlih pik na temnem ozadju detektorja (nadnaslovna slika). S pomočjo tega vzorca lahko raziskovalci nato določijo natančne položaje atomov molekule v kristalu.

Ena izmed glavnih omejitev takšnih strukturnih študij predstavlja pridobitev kvalitetnega kristala opazovane molekule. Kristal biološke makromolekule lahko nastane, ko se začno molekule iz nasičene raztopine urejeno nalagati ena na drugo v točno določenem vzorcu, ki se nato ponavlja čez celoten kristal. Na proces kristalizacije vplivajo številni fizikalno-kemijski dejavniki, ki jih je praktično nemogoče predvideti vnaprej. Raziskovalci se tako več tednov, mesecev in včasih tudi let trudijo in vztrajno spreminjajo kristalizacijske pogoje, da bi jim uspelo proizvesti kvaliteten kristal molekule. Za uspešno določitev strukture namreč ni dovolj le, da jim uspe narediti kristal, ampak mora biti ta tudi dovolj velik ter pravilne oblike.

Nova zmogljiva metoda, ki so jo razvili na pospeševalniku delcev DESY v nemškem Hamburgu, omogoča natančno določitev strukture tudi takih molekul, ki ne tvorijo najboljših kristalov. Metoda temelji na izjemno hitrem obstreljevanju manjših kristalov molekule z izredno svetlimi in visokoenergijskimi curki svetlobe X-žarkov, ki izhajajo iz pospeševalnika.

Glavna novost razvite metode je, da so raziskovalci kristale obstreljevali s širokospektralnimi žarki, in ne zgolj z žarkom točno določene valovne dolžine. Uporaba takih širokospektralnih žarkov svetlobe, ki so jih raziskovalci poimenovali kot rožnati X-žarek, je bistveno izboljšala razmerje med signalom in šumom in tako olajšala določitev strukture.

Dodatna prednost razvite metode je tudi ta, da lahko raziskovalci strukturo molekule določijo tudi pri sobni temperaturi, kar omogoča realnejši vpogled v zgradbo in tudi dinamiko strukture. Še več, raziskovalci si z razvito metodo obetajo posneti potek kemijske reakcije v obliki zaporednih slik strukture molekule med reakcijo. Ker je rožnati X-žarek zelo intenziven, lahko raziskovalci difrakcijski vzorec kristala molekule posnamejo na časovni skali poteka kemijske reakcije. S hitrimi zaporednimi pulzi svetlobe tako pridobijo vpogled v dinamiko strukturnih sprememb molekule med kemijsko reakcijo.

Z rožnodolinsko-rožnatimi X-žarki se je nad proteine spravil vajenec Uroš.

Članek v izvorni obliki si lahko vedoželjni bralec ali poslušalec prebere v Nature Communications: Pink-beam serial crystallography.