Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Cryo-Elektron Mikroskopi Yöntemi, Atomları Tek Başına Görüntülemek İçin İlk Kez Kullanıldı!

Cryo-elektron Mikroskopisi (cryo-EM), Proteinlerin Eşi Görülmemiş Çözünürlüklerde Görüntülenmesinin Önündeki Bir Bariyeri Yıkıyor!

Cryo-Elektron Mikroskopi Yöntemi, Atomları Tek Başına Görüntülemek İçin İlk Kez Kullanıldı!
Apoferritin proteininin Cryo-EM haritası
Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Nature News isimli kaynaktan birebir çevrilmiştir. Çevirmen tarafından, metin içerisinde (varsa) açıkça belirtilen kısımlar haricinde, herhangi bir ekleme, çıkarma veya değişiklik yapılmamıştır. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Moleküllerin görüntülenmesinde yenilikçi bir teknik olan cryo-EM, şu ana kadar bu teknikle elde edilebilen en net görüntüleri üretti ve ilk defa proteinlerin yapısında bulunan atomları ayırt edebilecek çözünürlüğe ulaştı.

Araştırmacılar, cryo-EM kullanılarak elde edilen atomik çözünürlük daha önce diğer teknikler ile, mesela X-ray kristallografisi ile kolayca incelenemeyen proteinlerin çalışma mekanizmaları ile ilgili bilgi edinebilecekler.

Araştırmacılara göre, Mayıs 2020’de raporlanan bu atılımla beraber; cryo-EM, proteinlerin 3 boyutlu modellemesinde daha da önemli bir yer edindi. Bu 3 boyutlu yapılar proteinlerin hastalıkta ve sağlıkta nasıl çalıştıklarının anlaşılmasını sağlayacak ve bununla beraber daha az yan etkiye sahip ilaçlar üretilebilecek.

Almanya, Göttingen’de Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü’nde mikroskopist ve biyokimyacı olarak görev alan ve çalışmalardan birinin liderliğini üstlenen Holger Stark şöyle diyor:

Bu önemli bir dönüm noktası, bu kesin. Artık kırılabilecek başka bir bariyer yok, bu ulaşılabilecek en son çözünürlük bariyeriydi.

Diğer çalışmanın liderleri ise Birleşik Krallık, Cambridge’de bulunan Moleküler Biyoloji Medikal Araştırma Konsey Laboratuvarı’nda yapısal biyolog olarak çalışan Sjors Scheres ve Radu Aricescu. İki çalışma da bioRxiv’de 22 Mayıs 2020’de yayınlandı.

Kanada’da Toronto Üniversitesi’nde yapısal biyolog olarak görev alan John Rubinstein da “gerçek atomik çözünürlüğün bir dönüm noktası” olduğunu belirtti. Başka zorluklar sebebiyle, mesela proteinin esnekliği, birçok proteinin atomik çözünürlükte yapılarını elde etmek önemli bir sorun olmaya devam edecek.

Bu yayınlar eğer bu zorlukların üstesinden gelinirse nereye varabileceğimizi gösteriyor.

Duvarları Yıkmak

Cryo-EM on yıllardır kullanılan bir teknik. Temel olarak, ani bir şekilde dondurulmuş örneklere elektron ateşlenmesiyle oluşturulan görseller kullanılarak moleküllerin şeklini ortaya çıkarıyor. Bu devrimle beraber protein yapıları önceden olduğundan çok daha net bir şekilde, hatta daha eski bir yöntem olan ve protein kristallerinin X-ray ile bombardımanı sonucu oluşan difraksiyon biçimlerini yorumlayan X-ray kristallografi yönteminden elde edilen görüntülere yakın bir netlikte görüntüler elde edildi.

Cryo-elektron mikroskopisi olarak bilinen yöntem, artık 1.2 angstrom düzeyinde çözünürlükte fotoğraflar çekebiliyor.
Cryo-elektron mikroskopisi olarak bilinen yöntem, artık 1.2 angstrom düzeyinde çözünürlükte fotoğraflar çekebiliyor.
Nature

Takip eden donanım ve yazılım gelişmeleriyle cryo-EM yapılarının çözünürlüğü daha da gelişti. Ancak, bu gelişmelere rağmen araştırmacılar atomik düzeyde çözünürlüğe sahip görüntüler elde etmek için X-ray kristallografi yöntemine güvenmek zorundalardı. Bu yöntem de araştırmacıların bir proteini kristalize etmek için aylarca çalışmasını gerektiriyordu. Üstelik birçok medikal önemi olan protein kullanılabilir kristaller bile oluşturmuyordu. Buna karşın cryo-EM, proteinin saf bir çözeltisiyle çalışabiliyor ve X-ray kristallografi için gerekli kristalizasyon süreçlerini gerektirmiyor.

Atomik-çözünürlükteki haritalar, atomların protein içindeki yapısını yaklaşık 1.2 angstrom (1.2∗10−101.2*10^{-10} metre) çözünürlükte net bir şekilde saptayabiliyor. Bu yapıların elde edilmesi enzimlerin çalışma mekanizmalarını kavramak ve bu bilgiyi enzimlerin aktivitesini durdurmak adına kullanmak için oldukça kullanılışlı.

< class="itembox type- small-img">

Bu iki takım, cryo-EM tekniğini atomik çözünürlüğe taşımak için demir depolama ile görevli bir protein olan apoferritin ile çalıştı. Apoferritin, kaya gibi sert yapısıyla cryo-EM çalışmaları için önemli bir protein, bundan önce bu proteinle ulaşılan en yüksek çözünürlük 1.54 angstromdu.

Takımlar, teknolojik gelişmeleri kullanarak apoferritinin daha net resimlerini oluşturmaya çalıştılar. Stark’ın takımı 1.25 angstromluk bir yapıya ulaştı. Bunu yaparken de ateş edilen tüm elektronların aynı hızda hareket etmesini sağlayan ve bunun sonucunda görüntülerin çözünürlüğünü artıran bir enstrüman kullandı. Scheres, Aricescu ve takımları da elektronların aynı hıza sahip olmasını sağlayan bu enstrümanla beraber, proteine çarpmadan ilerleyen elektronların yarattığı gürültüyü azaltan bir teknoloji ile birlikte daha yüksek elektron duyarlılığına sahip bir elektron seçici kamera kullandılar ve sonuç olarak 1.2 angstromluk bir yapı elde ettiler. Scheres, çalışmaların sonucunda ortaya çıkan yapıda bireysel hidrojen atomlarının hem protein içerisinde hem de onu çevreleyen su molekülleri içerisinde görüntülenebildiğini aktardı.

Stark’a göre bu teknolojileri birleştirmek çözünürlüğü 1 angstroma kadar yükseltebilir, bundan fazlası ise mümkün değil, “1 angstrom altında bir çözünürlüğe cryo-EM ile ulaşmak neredeyse imkânsız.” O çözünürlükte bir yapıya şu anki teknoloji ile ulaşmak “yıllarca süren bir veri kaydı, gerçekçi olmayan miktarda bir bilgisayar gücü ve veri depolama kapasitesi gerektiriyor.”

Net Görüş

Scheres ve Aricescu gelişmelerini daha basit protein olan GABAA reseptörü üzerinde de denediler. Bu protein nöron zarları üzerinde bulunuyor ve genel anestezi, anksiyete ilaçları dahil olmak üzere birçok farklı ilacın hedef aldığı bir reseptör. 2019 senesinde Aricescu ve takımı bu proteini 2.5 angstrom çözünürlükte haritalandırabilmişti, yeni kit ile beraber araştırmacılar 1.7 angstrom -proteinin bazı bölümlerinde daha da yüksek- çözünürlüğe ulaştı. Aricescu bu çözünürlükte her yarım angstromun yeni bir evrene geçişmiş gibi bir ilerlemeye sebep olacağını belirtti.

Bu yapı, daha önce bu proteinde hiç görülmemiş -histamin adı verilen bir molekülün içine oturduğu bir cebin içinde bulunan su moleküllerinin görüntülenmesi gibi- detayları da ortaya koydu. Aricescu’ya göre “Bu yapıya bağlı ilaç dizaynında bir altın madeni sayılabilir.” çünkü bu, bir ilacın su moleküllerini nasıl yerinden edebileceğini ve [Ç.N.: ilaç ile reseptörün daha uyumlu bağlanmasını sağlayarak] daha az yan etkili ilaçlar oluşturma potansiyeli olduğunu gösteriyor.

[Ç.N.: Bu gelişimler ilaçların vücut tarafından nasıl bir değişikliğe uğratıldığı (farmakokinetik özellikler) ve ilacın vücut üzerinde nasıl bir değişiklik yaratarak etki ettiği (farmakodinamik özellikler) üzerinden incelenirse daha iyi anlaşılabilir. Bir ilacın reseptöre daha iyi bağlanması onun etkisini arttırmasını sağlarken aynı zamanda kandaki konsantrasyonunu ve yarılanma ömrünü de değiştirebilir. Sonuç olarak bir ilacın reseptöre daha iyi bağlanabilmesini sağlayan bir gelişme, burada cryo-EM çalışması, hem ilacın istenen etkiyi yaratması noktasında hem de bu ilacın vücuda başka zararlar vermeme noktasında değişikliklere sebep olur.]

Scheres’a göre apoferritinden daha az stabil olan GABAA yapısının atomik çözünürlükte bir görüntüsünü oluşturmak oldukça zor.

Bunun imkânsız olduğunu düşünmüyorum, ancak buna ulaşmak oldukça verimsiz olacaktır.

Bunun sebebi ise, kaydedilmesi gereken yüksek veri miktarı. Ancak diğer -özellikle protein örneklerinin hazırlanmasındaki- gelişmeler, GABAA reseptörü ve diğer biyomedikal önemi olan proteinlerin atomik çözünürlükte görüntülerinin oluşturulmasının önünü açabilir. Protein çözeltileri altın ızgaralarda dondurulur ve bu ızgaralarda yapılacak değişikler proteinlerin daha da stabil duruma gelmesini sağlayabilir. 

Tokyo Üniversitesi cryo-EM uzmanı Radostin Danev’e göre örnek hazırlanması özellikle daha hareketli proteinler için bu alandaki en önemli problem. Şöyle diyor:

Dolayısıyla 1.5 hatta 2 angstrom altı çözünürlükteki performanslar bir süre daha sadece belirli, daha iyi davranışlı örnekler için mümkün olacak.

Scheres’a göre ise:

Bu gelişmeler büyük ihtimalle cryo-EM’nin yapısal çalışmalardaki yerini güçlendirecek.

Atomik çözünürlükte yapılara ihtiyacı olan ilaç firmaları cryo-EM çalışmalarını daha çok tercih etmeye başlayabilir. Stark’a göre ise X-ray kristallografi bir süre daha çekiciliğini koruyacak. Eğer bir protein kristalize olabiliyorsa- ki bu önemli ve her zaman sağlanamayan bir koşul- X-ray kristallografisi görece daha verimli bir araç olacaktır. Buna karşın cryo-EM ile yüksek çözünürlükte görüntüler oluşturmak için gerekli veriyi toplamak saatler ve hatta günler alabilir. 

Stark’a göre her iki teknik için de avantajlar ve dezavantajlar mevcut. Sözlerini şöyle tamamlyıor:

Araştırmacılar cryo-EM’deki son gelişmelerin X-ray tekniği için bir ölüm sinyali olduğunu düşünüyor, ben bu konuda şüpheliyim.
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 2
  • Tebrikler! 1
  • Bilim Budur! 1
  • Umut Verici! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 0
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Nature News | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 13/08/2020 03:11:34 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/8890

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Agora
Araştırma
Virüs
Sars Virüsü
Factchecking
Epidemik
Doğal
Elektrokimya
Kedigiller
Yaşamın Başlangıcı
Tekillik
Böcek Bilimi
Öğrenme Teorileri
Elektrik
Dünya
Fotoğraf
Genetik Müdahale
Carl Sagan
Renk
Beslenme
Ara Tür
İnsan
Çocuk
Kütleçekimi
Köpekbalığı
Duygu
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Her şey, başarılana kadar imkansızmış gibi gözükür.”
Nelson Mandela
Geri Bildirim Gönder