Международному коллективу ученых впервые удалось определить трехмерную структуру белка, используя только данные измерений, проведенных в живой клетке. Статья с описанием исследования опубликована в журнале Nature, а ее краткое содержание доступно в пресс-релизе Университета Гете во Франкфурте. Трехмерные реконструкции пространственной структуры белка можно увидеть здесь и здесь.
Знание трехмерной структуры белка необходимо ученым для понимания его функций и/или механизмов работы. До сих пор для изучения свойств белков исследователям необходимо было выделять их и изучать in vitro - латинское выражение, означающее "в пробирке". Авторы данной работы решили "снять показания" о структуре белка TTHA1718 прямо в клетке (по латыни это звучит in vivo). Для этого они использовали технологию ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).
При проведении ЯМР-исследования образец белка помещается в магнитное поле и на него воздействуют радиоизлучением. При этом ядра атомов начинают колебаться. Анализируя рисунок этих колебаний (обычно биологи регистрируют колебания атомов водорода), ученые могут определить, например, структуру молекулы белка.
Чтобы отличить колебания атомов TTHA1718 от колебаний, происходящих в других молекулах в клетке, ученые "вставили" ген TTHA1718 в ДНК бактерии Escherichia coli. Микроорганизм "насинтезировал" очень большое количество изучаемого белка, поэтому колебания его атомов можно было отличить на общем фоне. Обычно для определения трехмерной структуры белка необходимо проводить измерения в течение нескольких дней. В данном случае у исследователей было всего несколько часов, так как E. coli не могут выжить без питания дольше. Чтобы восполнить недостаток времени, ученые использовали сложную технику измерений и компьютерную модель, вычисляющую неснятые показания по имеющимся.
Параллельно с определением структуры TTHA1718 in vivo авторы провели этот эксперимент традиционным способом. Сравнение двух полученных структур не выявило существенных отличий.
Работы с живыми системами и определение характеристик молекул именно в них очень важны для ученых. Извлечение молекул из клеток может приводить (и часто приводит) к изменениям их структуры и свойств. Кроме того, в клетке белок может быть свернут несколько иначе, чем вне ее. Работа in vivo позволяет выяснить, как функционируют нетронутые живые системы.