Молодой ученый СКИФ провел исследования белковых молекул на синхротроне в Шанхае
22.11.2024
Аспирант кафедры молекулярной биологии НГУ, сотрудник ЦКП "СКИФ" Егор Укладов в составе группы российских ученых исследовал структуры белков в Шанхайском центре синхротронного излучения (SSRF Shanghai Synchrotron Radiation Facility). Образцы для анализа были предоставлены научными коллективами Сибири и Дальнего Востока.
После запуска СКИФ Егор Укладов будет проводить синхротронные исследования на станции "Структурная диагностика", одним из ведущих направлений которой является белковая кристаллография. Поездка в Шанхай позволила молодому ученому набраться опыта работы на источнике синхротронного излучения и получить экспериментальное подтверждение результатов, полученных расчетными методами структурной биоинформатики.
"Моя работа связана с молекулярным моделированием, молекулярной динамикой белковых и белок нуклеиновых комплексов. У меня довольно большой опыт в компьютерном моделировании белковых систем, но экспериментальными методами в этой области я до сих пор не владел. Благодаря работе в Шанхае, я научился работать на синхротроне, и это, действительно, невероятный опыт. Можно десять раз услышать о том, как проводятся исследования на источнике СИ, но пока ты один раз не исследуешь образцы на синхротроне, ты не сможешь в полной мере этого понять", - рассказывает Егор Укладов.
Запуск ЦКП "СКИФ" в наукограде Кольцово под Новосибирском значительно упростит работу российских ученых, поскольку транспортировка образцов на дальние расстояния может сказаться на качестве материала и, как следствие, самого исследования. "Выделение и очищение белков – очень трудоемкий процесс, это настоящее искусство. Такие ценные и очень хрупкие образцы доверили мне ученые-биологи. Везти белковые кристаллы и белки в растворах пришлось в самолете, в ручной клади. Все шесть часов полета я крепко держал ногами свой драгоценный груз, а при первых признаках турбулентности как мама-утка прижимал сумку к себе. Удивительно, но по прибытии обнаружилось, что в одних местах емкости белковые кристаллы исчезли, а в других - выросли новые. Так у нас родилась шутка: кристаллизация методом самолета. Хорошо, что с запуском СКИФ у нас не будет необходимости подвергать образцы этому методу".
Группа российских ученых проводила в Шанхае два типа исследований – рентгеноструктурный анализ белковых кристаллов, позволяющий с атомарной точностью определить строение сложных молекул и малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР), которое дает информацию об общей форме белковых молекул в водных растворах.
В рамках совместных научных исследований с сотрудниками Лаборатории биотехнологии и молекулярной биоинженерии Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ННЦМБ ДВО РАН) и Лаборатории биомедицинских клеточных технологий Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) ученый СКИФ исследовал углевод-связывающие белки методом МУРР. Биологи ДВО РАН и ДВФУ изучают углевод-связывающие белки как потенциальный агент для диагностики и терапии злокачественных опухолей. Ученые выделили перспективные для создания биомедицинских средств белки и передали в СКИФ для исследования на синхротроне, последующего анализа результата и моделирования структуры молекулы.
Полученные данные в совокупности с методами молекулярного моделирования позволят установить структурные особенности исследуемых белков, такие как общая форма и олигомерная организация, что необходимо для дальнейших разработок их применения и возможной модификации методами генной инженерии.
Предварительные результаты исследования будут переданы коллегам из Владивостока до конца 2024 года, после чего планируется приступить к работам по моделированию структуры белка.
На синхротроне 24/7
Егор Укладов рассказал, что российская делегация исследователей работала в шанхайском центре в течение пяти дней. Работы велись круглосуточно, ученые проводили собственные эксперименты, после чего ассистировали коллегам, ведь было необходимо собрать данные с огромного количества образцов, переданных научными коллективами со всей России. "У меня были ночные смены, один раз моя смена длилась 20 часов, образцов было так много, что мы не укладывались в обычный рабочий график. Дежурили вдвоем, потому что одновременно нужно и ставить образцы, и вести лабораторный журнал, и настраивать программу, и запускать установку, соблюдать все требования безопасности. За нашей работой наблюдал beamline scientist Центра (куратор станции), он помогал справляться с внештатными ситуациями и возникающими проблемами", - делится впечатлениями ученый.
В Новосибирске Егор имел опыт применения метода рентгеноструктурного анализа на лабораторном дифрактометре (прибор для проведения анализа кристаллического строения материалов с помощью рентгеновского излучения) в Институте неорганической химии СО РАН. "Огромная разница в продолжительности самого эксперимента. Например, съемка очень маленького модельного белкового кристалла на дифрактометре занимает порядка восьми часов, съемка сопоставимого по размеру белка на синхротроне заняла менее 10 минут - с учетом установки, настройки, проверки и наведения".
Молодой ученый планирует продолжить исследования белковых, белок-нуклеиновых и белок-углеводных комплексов методами малоуглового рентгеновского рассеяния, молекулярного моделирования и рентгеноструктурного анализа. Работа в ЦКП "СКИФ" позволит ученому совмещать всевозможные методы исследования белковых молекул для получения максимально полного объема информации об объектах.
Станция "Структурная диагностика" ЦКП "СКИФ" позволит решать материаловедческие и фундаментальные задачи неорганической химии, катализа, химии твердого тела, структурной биологии, фармацевтики, археологии и других наук. Одним из наиболее востребованных направлений работы станции можно назвать белковую кристаллографию. Благодаря этому методу получены структуры множества важных для фармакологии ферментов и рецепторов, что позволило разработать новые лекарственные средства. Высокотехнологичное оборудование станции позволит визуализировать любой материал, на атомно-молекулярном уровне определить его кристаллическую структуру.
