0 Kryo-Elektronenmikroskopie: Revolutionäre Mikroskopietechnik ermöglicht zum ersten Mal einzelne Atome zu sehen | connectiv.events
Seite auswählen

Bild von Gerd Altmann auf Pixabay

Kryo-Elektronenmikroskopie: Revolutionäre Mikroskopietechnik ermöglicht zum ersten Mal einzelne Atome zu sehen

13. Juni 2020 | Allgemein | Gesundheit | Ernährung | Grenzwissenschaften | Medizin | Natur | Umwelt | Wissenschaft | Forschung | connectiv.events

 

Eine bahnbrechende Technik zur Abbildung von Molekülen, die so genannte Kryo-Elektronenmikroskopie, hat ihre bisher schärfsten Bilder geliefert – und zum ersten Mal einzelne Atome in einem Protein erkannt.

Durch die atomare Auflösung mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) werden Forscher in der Lage sein, die Funktionsweise von Proteinen, die mit anderen bildgebenden Verfahren, wie der Röntgenkristallographie, nicht ohne weiteres untersucht werden können, in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit zu verstehen.

Der Durchbruch, über den zwei Labors Ende letzten Monats berichteten, festigt die Position der Kryo-Elektronenmikroskopie als vorherrschendes Verfahren zur Abbildung der 3D-Formen von Proteinen, so die Wissenschaftler. Letztendlich werden diese Strukturen den Forschern helfen zu verstehen, wie Proteine bei Gesundheit und Krankheit fungieren, und zu besseren Medikamenten mit weniger Nebenwirkungen führen.

„Das ist tatsächlich ein Meilenstein, das ist sicher. Es gibt wirklich nichts mehr zu knacken. Das war die letzte Lösungsbarriere“, sagt Holger Stark, Biochemiker und Elektronenmikroskopiker am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen, Deutschland, der eine der Studien leitete. Die andere wurde von Sjors Scheres und Radu Aricescu, Strukturbiologen am Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology (MRC-LMB) in Cambridge, Großbritannien, geleitet. Beide wurden am 22. Mai auf dem bioRxiv Preprint-Server veröffentlicht.

„Echte ‚atomare Auflösung‘ ist ein wahrer Meilenstein“, fügt John Rubinstein, ein Strukturbiologe an der Universität von Toronto in Kanada, hinzu. Strukturen mit atomarer Auflösung für viele Proteine zu erhalten, wird wegen anderer Herausforderungen, wie z.B. der Flexibilität eines Proteins, immer noch eine schwierige Angelegenheit sein. „Diese Vorabdrucke zeigen, wo man hinkommen kann, wenn man diese anderen Einschränkungen in Angriff nehmen kann“, fügt er hinzu.

 

https://connectiv.events/referent/arthur-traenkle/

Grenzen überwinden

Die Kryo-EM ist eine jahrzehntelange Technik, bei der die Form von schockgefrorenen Proben bestimmt wird, indem Elektronen auf sie geschossen und die resultierenden Bilder aufgezeichnet werden. Fortschritte in der Technologie zum Nachweis der abprallenden Elektronen und in der Bildanalysesoftware haben eine „Auflösungsrevolution“ ausgelöst, die um 2013 begann. Dies führte zu Proteinstrukturen, die schärfer als je zuvor waren – und fast so gut wie die aus der Röntgenkristallographie, einer älteren Technik, die Strukturen aus Beugungsmustern ableitet, die von Proteinkristallen erzeugt werden, wenn sie mit Röntgenstrahlen beschossen werden.

Spätere Fortschritte bei Hard- und Software führten zu weiteren Verbesserungen bei der Auflösung von Kryo-EM-Strukturen. Die Wissenschaftler mussten sich jedoch weitgehend auf die Röntgenkristallographie verlassen, um Strukturen mit atomarer Auflösung zu erhalten. Forscher können jedoch Monate bis Jahre damit verbringen, ein Protein zur Kristallisation zu bewegen, und viele medizinisch wichtige Proteine werden keine brauchbaren Kristalle bilden; bei der Kryo-EM hingegen muss das Protein lediglich in einer gereinigten Lösung vorliegen.

Karten mit atomarer Auflösung sind präzise genug, um die Position der einzelnen Atome in einem Protein eindeutig zu erkennen, bei einer Auflösung von etwa 1,2 Angström (1,2 × 10-10 m). Diese Strukturen sind besonders nützlich, um die Funktionsweise von Enzymen zu verstehen und diese Erkenntnisse zur Identifizierung von Medikamenten zu nutzen, die ihre Aktivität blockieren können.

Um die Kryo-EM auf atomare Auflösung zu bringen, arbeiteten die beiden Teams an einem eisenspeichernden Protein namens Apoferritin. Wegen seiner gesteinsähnlichen Stabilität ist das Protein zu einem Versuchsträger für die Kryo-EM geworden: eine Struktur des Proteins mit einer Auflösung von 1,54 Angström war der bisherige Rekord.

Die Teams nutzten dann technologische Verbesserungen, um schärfere Bilder von Apoferritin zu machen. Starks Team erhielt eine 1,25-Angström-Struktur des Proteins mit Hilfe eines Instruments, das sicherstellt, dass die Elektronen mit ähnlichen Geschwindigkeiten reisen, bevor sie auf eine Probe treffen, wodurch die Auflösung der resultierenden Bilder verbessert wird.

Scheres, Aricescu und ihre Gruppe setzten eine andere Technologie ein, um Elektronen mit ähnlicher Geschwindigkeit abzufeuern. Sie profitierten auch von einer Technologie, die das Rauschen reduziert. Das Rauschen, das entsteht, wenn einige Elektronen von der Proteinprobe weggeschleudert werden. Ihre 1,2-Angström-Struktur war so vollständig, sagt Scheres, dass sie einzelne Wasserstoffatome sowohl im Protein als auch in den umgebenden Wassermolekülen ausmachen konnten.

Stark geht davon aus, dass durch die Verschmelzung der Technologien die Auflösung auf etwa 1 Angström gesteigert werden könnte – aber nicht viel weiter. „Unter 1 Å ist es fast unmöglich, für Kryo-EM zu erreichen“, sagt er. Eine solche Struktur mit der vorhandenen hochmodernen Technologie zu bekommen, würde „mehrere hundert Jahre Datenaufzeichnung und eine nicht realistische Menge an Rechenleistung und Datenspeicherkapazitäten“ erfordern, schätzt sein Team.

 

Deutlich sehen

Scheres und Aricescu testeten ihre Verbesserungen auch an einer vereinfachten Form eines Proteins namens GABAA-Rezeptor. Das Protein sitzt in der Membran von Neuronen und ist ein Angriffspunkt für Allgemeinanästhetika, Angstmedikamente und zahlreiche weitere Medikamente. Im vergangenen Jahr verwendete das Team von Aricescu Kryo-EM, um das Protein auf 2,5 Angström abzubilden. Mit dem neuen Testsatz erreichten die Forscher jedoch eine Auflösung von 1,7 Angström, mit einer noch besseren Auflösung in einigen Schlüsselbereichen des Proteins. „Es war, als würde man einen verschwommenen Fleck über den Augen ablösen“, sagt Aricescu. „Bei dieser Auflösung eröffnet jede halbe Angström ein ganzes Universum“, sagt Aricescu.

Die Struktur enthüllte nie zuvor gesehene Details im Protein – einschließlich der Wassermoleküle in der Tasche, in der eine Chemikalie namens Histamin sitzt. „Das ist eine Goldgrube für strukturbasiertes Medikamentendesign“, sagt Aricescu, denn es zeigt, wie ein Medikament die Wassermoleküle verdrängen könnte, was zu Medikamenten mit weniger Nebenwirkungen führen könnte.

Eine Karte der atomaren Auflösung von GABAA, die nicht so stabil ist wie Apoferritin, wäre eine Herausforderung, sagt Scheres. „Ich glaube nicht, dass es unmöglich ist, aber es wäre sehr praxisuntauglich wegen der riesigen Datenmenge, die gesammelt werden müsste, so Scheres. Aber andere Verbesserungen, insbesondere in der Art und Weise, wie Proteinproben vorbereitet werden, könnten den Weg für atomar auflösende Strukturen von GABAA und anderen biomedizinisch wichtigen Proteinen ebnen. Proteinlösungen werden auf winzigen Gittern aus Gold eingefroren, und Abänderungen an diesen Gittern könnten die Proteine sogar noch ruhiger halten.

„Alle sind sehr aufgeregt und erstaunt über das wirklich verblüffende Leistungsniveau der MRC-LMB- und Max-Planck-Gruppen“, sagt Radostin Danev, ein Kryo-EM-Spezialist an der Universität Tokio. Er stimmt jedoch zu, dass die Probenvorbereitung die größte Herausforderung des Fachgebiets für eher labile Proteine ist. „Eine Auflösungsleistung unter 1,5 Å oder sogar unter 2 Å wird für einige Zeit nur für gut eingestellte Proben zugänglich bleiben“, sagt er.

 

https://genesis-pro-life.idevaffiliate.com/74.html

 

Die Durchbrüche werden wahrscheinlich die Position der Kryo-EM als das Werkzeug für die meisten Strukturstudien festigen, sagt Scheres. Arzneimittelfirmen, die nach Strukturen mit atomarer Auflösung streben, werden sich wahrscheinlich noch eher der Kryo-EM zuwenden. Aber Stark ist der Meinung, dass die Röntgenkristallographie ihre Attraktivität behalten wird. Wenn ein Protein kristallisiert werden kann – und das ist ein großes „Wenn“ – ist es relativ effizient, in kurzer Zeit Strukturen davon zu erzeugen, die an Tausende von potenziellen Medikamenten gebunden sind. Aber es kann immer noch Stunden bis Tage dauern, um genügend Daten für extrem hochauflösende Kryo-EM-Strukturen zu generieren.

„Es gibt immer noch Vor- und Nachteile für jede der Techniken“, sagt Stark. “ Man hat viele Abhandlungen und Rezensionen veröffentlicht, die besagen, dass diese neuesten Fortschritte in der Kryo-EM das Todessignal für das Röntgen sein werden. Das bezweifle ich.“

 

https://provithor.com/wp/?wpam_id=48


Anzeige

Das könnte Sie interessieren: 

Wir haben noch kein besseres Preis / Leistungsverhältnis gefunden und auch nicht so eine Vielfalt, wie beim folgendem CBD ÖL 
.

 

Unter anderem gilt es als:

https://connectiv.naturavitalis.de/Nahrungsergaenzung/Cannabis-Produkte

Für die Produktübersicht bitte auf das Bild klicken

– Antibakteriell
– Hindert das Wachstum von Krebszellen
– Neuroprotektiv
– Unterstützt das Knochenwachstum
– Reduziert den Blutzuckerspiegel
– Unterstützt die Funktion des Immunsystems
– Entzündungshemmend
– Schmerzlindernd
– Hilft bei Angstzuständen
– Gegen Übelkeit und Erbrechen
– Wirkt beruhigend
– Mentale und körperliche Schmerzen werden gelindert
– Die Schlafqualität wird verbesser
– Die Leistungsfähigkeit wird in jeder Hinsicht erhöht
– Die Zellerneuerung wird gefördert
– Das enthaltende Vitamin E ist für die hervorragende Anti-Aging-Wirkung bekannt
– Ungesättigte Fettsäuren, Vitamine, Ballast- und Mineralstoffe uns Chlorophyll und Carotinoide werden zugeführt
– Das Immunsystem wird gestärkt
– Bringt Sportlern mehr Leistung bei weniger Muskelkater und besserem Muskelwachstum
– Dämpft Heißhunder auf ungesunde Lebensmittel
– Altersbedingter Muskelabbau wird reduziert
– Der Blutzuckerspiegel wird reguliert; beugt Diabetes vor
– Stress wird reduziert
– Kann zur Raucherentwöhnung eingesetzt werden


Eure Spenden helfen mir, Euch noch bessere Artikel zu bieten, sie sind wichtig, damit ich Autoren, Graphiker, Cutter u.v.m. bezahlen kann. Ich habe keine Sponsoren oder Investoren. 

via Überweisung:

Konto Inhaber: CONNECTIV EVENTS S.L.
IBAN: ES95 001901 82564 01001 4565
BIC: DEUTESBBXXX

Bitte immer Spende als Zweck angeben!
DANKE!

________________________________________________________________________

Die Plattform von connectiv.events bietet Dir vielfältige und effektive Möglichkeiten, Dich, Deine Arbeit und/oder Dein Unternehmen bei einem thematisch breitgefächerten Publikum vorzustellen. Die Bekanntheit und auch die Beliebtheit von connectiv.events wächst von Tag zu Tag.

Im digitalen Zeitalter ist es besonders wichtig, einander real zu begegnen. Die Gelegenheit dazu hast Du bei unseren Events. Eine Termin-Übersicht findest Du im Event-Kalender.
Abonniere doch gleich unseren Youtube-Kanal. Damit unterstützt Du unseren Bekanntheitsgrad und verpasst keine neuen Produktionen mit spannenden Themen und Gästen.
Verpasse auch keine Informationen über kommende Events, sowie interessante Artikel, Beiträge und Menschen und melde Dich ebenfalls für unseren Newsletter an.
Wir entwickeln unsere Plattform ständig weiter und wünschen Dir viel Freude beim Stöbern auf connectiv.events

________________________________________________________________________

Weiter lesen auf:

https://www.nature.com/articles/d41586-020-01658-1
Bildredakteur:

connectiv.event

Textredakteur:

connectiv.events

Quelle:

connectiv.events

WP Twitter Auto Publish Powered By : XYZScripts.com

Pin It on Pinterest

Share This