Российские физики рассказали о "рентгеновской" революции в биологии

МОСКВА, 3 июл – РИА Новости. Ученые из МФТИ подготовили большой обзорный доклад, в рамках которого они рассказали о том, как появление новой методики рентгеновского анализа совершит революцию в изучении белков и живых клеток. Их выводы были опубликованы в журнале Expert Opinion on Drug Discovery.

«

"Главной прорывной особенностью этой технологии стала крайне высокая плотность энергии лазерного импульса. Объект подвергается столь мощному излучению, что неминуемо и почти мгновенно разрушается. Однако отдельные кванты успевают рассеяться и попасть на детектор, что дает исследователям материалы для исследования структуры белка", — рассказывает Алексей Мишин из Московского Физтеха в Долгопрудном.

Рентгеновские лазеры и гамма-излучатели сегодня широко и очень активно используются учеными для получения "атомных" фотографий различных биомолекул, микробов и тканей тела, а также для изучения структуры новых перспективных неорганических материалов.

Несмотря на их высокую полезность, постройка подобных излучателей – крайне дорогое и сложное занятие. Как правило, для их работы необходим или ускоритель частиц, разгоняющий электроны и заставляющий их испускать частицы света, резко тормозя их, или же особая плазменная среда, способная вырабатывать пучки фотонов высокой энергии без применения зеркал.

Всего на Земле существует лишь пять подобных установок, что крайне ограничивает ученых в возможностях их использования. Это вынуждает их искать новые методики обработки данных и подготовки образцов для "просвечивания" рентгеном, которые бы позволяли проводить опыты максимально быстро и качественно.

Относительно недавно, как отмечает Мишин, ученые столкнулись с очень сложной проблемой – повышения яркости рентгеновского пучка приводило к тому, что изучаемые молекулы и клетки разрушались практически мгновенно после контакта с лучом лазера. Это вынудило создателей подобных машин собирать данные о структуре белков по крупицам, объединяя результаты нескольких тысяч подобных замеров.

С одной стороны, этот подход позволил биологам, химикам и физикам увидеть и изучить сверхсложные молекулы, которые раньше не удавалось рассмотреть, а с другой – его появление породило массу практических проблем, решением которых ученые занимались на протяжении всего последнего десятилетия.

К примеру, ученым пришлось разработать несколько методик для автоматической заморозки и "сортировки" кристаллов, внутри которых спрятаны интересующие их белковые молекулы, научиться правильно вводить их в луч лазера и анализировать собранные данные.

© Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

Ввод образцов в луч рентгеновского лазера

Российские ученые попытались дать наиболее полную оценку результатам подобных экспериментов, проанализировав все публикации, связанные с серийной рентгеновской кристаллографией.

Они пришли к выводу, что ее можно назвать очень успешной. Первые результаты появились уже в 2011 году, через несколько лет после постройки первого рентгеновского лазера на свободных электронах, установки LCLS в США, и самой идеи использовать их для получения "серийных" фотографий молекул.

По текущим оценкам физиков, лазеры на свободных электронах и новые методики рентгеновской кристаллографии уже позволили ученым получить точные трехмерные фотографии двух сотен сложных белковых молекул, многие из которых играют важную роль в жизни человека, микробов или вирусов. Более того, четверть из них раньше не поддавалась анализу и была расшифрована впервые.

Все эти сведения, как надеются ученые из МФТИ, привлекут внимание других исследователей, пока еще не знакомых с подобными установками, что ускорит открытие новых лекарств и поможет человечеству быстрее избавиться от многих пока неизлечимых болезней.