Большие кристаллы мембранного белка бактериородопсина растут, поглощая мелкие кристаллы из небольшой области вокруг себя, к такому выводу пришла группа биофизиков из МФТИ, изучавшая совместно с иностранными коллегами кристаллизацию молекул бактериородопсина, результаты своего исследования ученые опубликовали в журнале Crystal Growth&Design.
В своей работе авторы исследовали рост кристаллов бактериородопсина при помощи флюоресцентной микроскопии.
На протяжении месяца учёные наблюдали за ростом кристаллов и смотрели, как меняется распределение бактериородопсина в образце со временем.
Оказалось, что
поначалу кристаллы образуются во всём образце достаточно равномерно, однако где-то через неделю вокруг кристаллов побольше образуются чёткие обеднённые зоны. В этих зонах есть только совсем небольшие кристаллы, а более крупные начинают появляться только за их пределами, таким образом крупные растущие кристаллы берут материал для роста не из раствора, а поедают своих более мелких собратьев, которые оказываются рядом.
Так же учёные обнаружили, что
кристаллизация начинается не в случайных местах в образце, а по границам областей, по форме напоминающих пчелиные соты.
«Возможно, такая картина связана с тем, что кубическая фаза не однородна по всему образцу, а формирует небольшие домены, на границах которых кристаллизация наиболее вероятна. Судя по всему, мы смогли наблюдать эти домены, которые по неизвестной нам причине образуют такие «соты». Интересно, однако, что если мы научимся контролировать размер доменов, то возможно будет выращивать кристаллы больших размеров, соответственно, получать более качественные и точные структуры белков», — приводятся в сообщении слова главного автора статьи и руководителя группы микроскопии сверхвысокого разрешения Валентина Борщевского.
Согласно данным California Biomedical Research Organisation, разработка принципиально нового лекарственного средства занимает в среднем 12 лет и, согласно исследованию в журнале Nature, требует затрат в 2.6 млрд долларов. Понимание того, как устроены мишени для лекарств (в 40% случаев это мембранные белки из класса GPCR), в перспективе позволит удешевить и ускорить процесс поиска лекарственных молекул, действующих на них, а так же позволит делать лекарства, действующие строго на один вид рецепторов, что снизит их побочные эффекты.
Мембранные белки — важная группа белков, представленных в любом живом организме. Они находятся на поверхности клеточных мембран (или даже пронизывают их насквозь) и выполняют множество разных функций, в основном связанных с приёмом сигналов или передачей веществ через неё (оболочка сама по себе непроницаема для многих молекул). Например,
мембранные белки участвуют в передаче сигнала нервными клетками, восстанавливая их состояние после прохождения нервного импульса, или реагируют на адреналин, заставляя клетки нашего организма усерднее работать в условиях стресса.
Для того, чтобы хорошо понимать, как функционируют белки, очень важно знать их молекулярную структуру. Она определяет механизм взаимодействия белка с другими молекулами (например, адреналином). Зная структуру белка, можно компьютерными методами довольно точно подбирать молекулы, которые будут с ним взаимодействовать. Таким образом можно удешевить и ускорить разработку лекарств — более 60% лекарств используют именно мембранные белки в качестве мишени.
Для получения структуры белка учёные сначала получают кристаллы этих молекул, а затем исследуют их с помощью рентгеновского излучения, чтобы по картине рассеяния восстановить структуру белка — уложенные в правильную кристаллическую решётку, все атомы в молекуле многократно усиливают излучение строго в определённых направлениях, что позволяет точно определить местоположение атомов.
Для того, чтобы получить кристалл белка, необходимы два условия. Во-первых, белковым молекулам должно быть «выгоднее» находиться внутри кристалла, чем в растворе.
Этого добиться довольно просто — для этого достаточно подобрать подходящие компоненты раствора и их концентрации.
- Во-вторых, необходимо дать молекулам белка возможность свободно передвигаться в растворе, чтобы новые молекулы могли поступать к растущему кристаллу.
