Mikroskopy proteinů prolomily bariéru atomů

TLDR: Pokud chceme pochopit organismus – a mít lepší léky – potřebujeme perfektně zobrazovat proteiny. Metoda Cryo EM, která to dovede i bez zbytečných čachrů, v tom poznávání postoupila hrubě kupředu! Studie tu a tu.

Až na dřeň

Nové technologie pro kryoelektronovou mikroskopii (dále ji budeme familiérněji říkat „cryo EM“, protože se tak zove) jsou schopné až atomového rozlišení. K čemu je to dobré, když vlastně to samé rozlišení má i rentgenová krystalografie, vynalezená už před 70 lety?

Kryoelektro-cožeto? Renrgenová kryto-cože?? Proteiny??? To jako maso? OK, na úvod si dáme krátkou pojmologii. Zavilí čtenáři můžou odstavec přeskočit. Proteiny různého složení, tvaru a délky jsou v zásadě to, co náš organismus pohání – slavná DNA třeba de facto obsahuje „jenom“ plány k tvorbě proteinů. A ony proteiny, tedy komplexnější molekuly (ale furt titěrné molekuly!) spolu nejrůznější interagují, spojují se, rozdělují se v bambilionu kombinací.

A protože jsou malé jako svině, a ještě se různě vlní (a záleží nejen na složení, ale i jejich tvaru), proteiny se nám blbě pozorují. Už nějakých pár desetiletí existuje metoda rentgenové krystalografie, která proteiny fajnově zobrazí – ale je třeba je nejprve zkrystalizovat. A to nejde u všech. Naproti tomu metoda cryo EM krystalizaci nepotřebuje, ale doposud neměla takové rozlišení jako krystalografie.

Ale zřejmě fakt jenom doposud. Jsou tomu asi tři měsíce, co jsme si o podobné srandě psali naposledy, tehdy z dílny vědátorů z Brna. Postup cryo EM je však znát na vícero frontách, a dnes tu tak máme milník spojených týmů z dílny Cambridge (pod vedením Takanori Nakane) a Insitutu Maxe Planka (pod vedením vědátorky Ka Man Yip).

A otevírá se nám tak nová cesta k pochopení toho, jak tíká lidské tělo – a jak ho případně lépe poštělovat!

Ano, takhle nějak vypadá to, co pohání i vás – protein ve 3D! Zdroj: Volné dílo

Do světa atomů

Tomu se vůbec poprvé podařilo vystřelovat elektrony na zmražené proteiny tak dobře, že rozlišení zobrazování dosáhlo na úroveň jednotlivých atomů! A tím pádem cryo EM metoda dosáhla na stejnou zobrazovací úroveň jako RTG krystalografie, ale bez nutnosti zkrystalizovat dané proteiny! To by mohlo urychlit naše mapování proteinů, návrh léků i zvýšit důvěru výzkumníků v cryo EM jako takové, které doposud… nebylo zrovna podobně přesné jako krystalografie.

Dosažení atomového rozlišení v cryo EM je tedy zásadním milníkem. Pokud budou tyto metody dostatečně levné – nebo návratné – mohou umožnit urychlení návrhu a výzkumu léčiv. Na druhou stranu, krystalografie do důchodu zřejmě ještě nějaký čas nepůjde.

Zatím platí, že krystalografie má nezastupitelnou úlohu v biologických vědách, byť má i své mouchy. Vlastně hodně much. Biologické molekuly NEBYLY stvořeny ke krystalizaci. Spousta z nich má pohyblivé části. Většina má podjednotky, nebo se drží jiných molekul. Proteiny, které trčí skrz membránu, jsou kategorie sama pro sebe. Farmaceutické firmy, které modely těchto molekul potřebují pro návrh léčiv, často obcházejí tyto problémy. Třeba tak, že vykrystalizují jenom „zajímavé“ části jednotlivých proteinů. Ale ani to není optimální řešení.

Kryoelektronová mikroskopie tyto problémy nemá. Biologické vzorky pro cryo EM se jednoduše ponoří do tekutého dusíku. Tím lze pozorovat celé proteiny, nebo jejich komplexy, v téměř přirozeném stavu. Ale pořád nejde o zcela přirozený stav! Takže i s cryo EM levným jako hašlerky nám možná bude něco málo z fungování proteinů unikat

Ledaže… Zdroj: matdonghia_, vlastní

Budoucnost rezonuje

Na obzoru je sice ještě třetí metoda NMR (rezonanční spektroskopie), ale tak je momentálně vedle cryo EM i krystalografie ostrá asi jako velikonoční cesta z hospody. NMR možná budeme řešit za pár desetiletí jako ultimativní cestu k poznávání proteinů zaživa – ale zatím tak daleko zdaleka nejsme. Šmankote, i pokrok v cryo EM je obrovský skok kupředu, zůstaňte nohama na zemi, pls!

Samože platí, že i poznání proteinů z dílny cryo EM bude nyní spíše záležitostí dalších prací a teprve budoucích let výzkumu. Žádný živý přenos z oznámení dosažení atomární úrovně rozlišení v televizi nečekejte, ani prezidenti se k němu nevyjádří v dlouho očekávaném proslovu. Efekt bude ale v horizontu let snad poznat na nových lécích… A jednou se na tohle téma si udělí pár Nobelovek.

I když má tak rok 2020 pověst spíše chodícího neštěstí, minimálně na poli cryo EM se právě letos podařilo překonat milník, který vnese hodně čerstvého větru do světa medicíny!

[Tereza Lausová, LL]

Víc o brněnském mikráku proteinů taky tady:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Diskuze

Reklama