מטרת פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להכין דגימות קריסטלוגרפיה סדרתיות לאיסוף נתונים על מזרק צמיג גבוה, Lipidico, שהוזמן לאחרונה בסנכרון האוסטרלי.
מתקן לביצוע מדידות קריסטלוגרפיה סדרתיות פותח בסנכרון האוסטרלי. מתקן זה משלב מזרק צמיג גבוה שנבנה למטרה, Lipidico, כחלק מקו הקריסטלוגרפיה המקרומולקולרית (MX2) למדידת מספר גדול של גבישים קטנים בטמפרטורת החדר. מטרת טכניקה זו היא לאפשר גידול/העברה של גבישים למזרקי זכוכית ישירות במזרק לאיסוף נתונים קריסטלוגרפיה סדרתית. היתרונות של מזרק זה כוללים את היכולת להגיב במהירות לשינויים בקצב הזרימה ללא הפרעה של הזרם. קיימות מספר מגבלות עבור מזרק צמיגות גבוה זה (HVI) הכוללות הגבלה על צמיגות הדגימה המותרת ל- >10 Pa.s. יציבות זרם יכולה גם להיות בעיה בהתאם למאפיינים הספציפיים של המדגם. פרוטוקול מפורט כיצד להגדיר דגימות ולהפעיל את המזרק למדידות קריסטלוגרפיה סדרתיות בסנכרון האוסטרלי מוצג כאן. השיטה מדגימה הכנת המדגם, כולל העברת גבישי lysozyme לתוך מדיה צמיגה גבוהה (גריז סיליקון), ואת הפעולה של המזרק לאיסוף נתונים ב MX2.
קריסטלוגרפיה סדרתית (SX) היא טכניקה שפותחה בתחילה בהקשר של לייזרים אלקטרונים ללא קרני רנטגן (XFELs)1,2,3,4. למרות גישות היעד קבוע יכול לשמש SX5,6,7, בדרך כלל, מערכות מזרק משמשים כדי לספק גבישים בזרם רציף לקרן הרנטגן. מכיוון שהוא משלב נתונים ממספר רב של גבישים, SX נמנע מהצורך ביישור גביש במהלך הניסוי, ומאפשר איסוף נתונים בטמפרטורת החדר8,9. בעזרת מזרק מתאים, הגבישים מוזרמים בזה אחר זה לאזור האינטראקציה של קרני הרנטגן ונתוני עקיפה וכתוצאה מכך נאספים על גלאי אזור9,10. עד כה, SX הצליחה לפתור מספר מבני חלבון1,11,12,13 כולל גבישים קטנים מכדי למדוד באמצעות קריסטלוגרפיה קונבנציונלית. היא גם סיפקה תובנות חדשות על הדינמיקה המולקולרית שנפתרה בזמן על ידי ניצול משך הדופק femtosecond של XFEL. על ידי ייזום תגובות משאבה בדיקה עם מקורות לייזר אופטיים, מחקרים מעמיקים בוצעו על פוטוסיסטם II14,15, חלבון צהוב פוטואקטיבי16,17, ציטוכרום C אוקסידאז18, כמו גם בקטריאורהודופסין19,20,21. מחקרים אלה בדקו את הדינמיקה של העברת אלקטרונים המתרחשת בעקבות הפעלת אור המדגימה את הפוטנציאל המשמעותי של קריסטלוגרפיה סדרתית להבנת תהליכים ביולוגיים שנפתרו בזמן.
פיתוח של קריסטלוגרפיה סדרתית הוא גם הופך נפוץ יותר ויותר במקורות synchrotron9,12,20,22,23,24. SX מבוסס Synchrotron מאפשר למספר גדול של גבישים בודדים להימדד ביעילות בטמפרטורת החדר באמצעות מערכת מזרק מתאימה. גישה זו מתאימה גבישים קטנים יותר ומכאן, בנוסף לדרוש גלאי קצב מסגרות מהיר כדי לאסוף את הנתונים, קרן מיקרו ממוקדת נדרשת גם. בהשוואה לקריסטלוגרפיה קונבנציונלית, SX אינו כרוך בהרכבה ויישור של גבישים בודדים בקרן הרנטגן. מכיוון שנתונים ממספר רב של גבישים בודדים ממוזגים, ניתן להפחית באופן משמעותי את מינון הקרינה המתקבל על ידי כל גביש בהשוואה לקריסטלוגרפיה קונבנציונלית. ניתן להחיל את Synchrotron SX גם על חקר התגובות שנפתרו בזמן, אפילו עד למשטר אלפיות השניה, בתנאי שגלאי עם קצב מסגרות גבוה מספיק זמין (למשל, 100 הרץ או יותר). מספר ניסויים קריסטלוגרפיים סדרתיים בוצעו בסנכרון באמצעות מזרקים שפותחו בתחילה במקורות XFEL20,22,23. שני הסוגים הנפוצים ביותר של מזרק הם זרבובית וירטואלית דינמי גז (GDVN)25 מזרק צמיג גבוה (HVI)9,24,26,27,28. GDVN הוא אידיאלי להזרקת צמיגות נמוכה, דגימות נוזליות, אבל דורש שיעורי זרימה גבוהים כדי להשיג זרמים יציבים, אשר בתורו מוביל לשיעורי צריכת מדגם גבוהים. לעומת זאת, HVI’s מתאימים לדגימות צמיגות גבוהות המאפשרות יצירת זרם יציב בקצב זרימה נמוך בהרבה, מה שמוביל לצריכת מדגם נמוכה בהרבה. מזרק HVI, אם כן, מעדיף משלוח של דגימות שבו נשא צמיג עדיף (למשל, שומנים מבוססי חלבונים קרום) ו / או כמויות גדולות של מדגם אינם זמינים. מזרקי SX הם בדרך כלל מאתגרים לשימוש ודורשים הכשרה נרחבת כדי לפעול. הם כוללים גם פרוטוקולי העברה מדגם ארוכים, כמו המדגם צריך להיות טעון לתוך מאגר מיוחד, זה בדרך כלל יש סיכון גבוה הקשורים אליו של מדגם הולך לאיבוד או “נפח מת” או באמצעות דליפות בחיבורים. לכן, רצוי לייעל את עיצוב המזרק כדי למתן את כל ההפסדים לפני המדגם להגיע קרן רנטגן.
לאחרונה, תוצאות SX הראשון פורסמו באמצעות Lipidico23 עם יעד lysozyme, באמצעות גלאי Eiger 16M. עיצוב מזרק זה מגביל את בזבוז הדגימה על ידי מזעור מספר השלבים המעורבים במעבר מהתגבשות ראשונית להעברת גבישים למזרק ואחריו מסירת דגימה לקרן הרנטגן. כתב יד זה מתאר ומדגים את הליך ההעברה לדוגמה החל מהכנת מדגם, מעבר לתהליך ההזרקה, ולבסוף איסוף נתונים, באמצעות אותו כלי התגבשות. הפעולה של המזרק מתוארת גם.
HVI חלופי פותח, אידיאלי לביצוע ניסויי SX במקורות synchrotron. יש לו שני יתרונות מרכזיים על פני HVIs קיימים. ראשית, קל להתקין על קו הקרן המאפשר מעבר מהיר בין קריסטלוגרפיה קונבנציונלית SX, רק ~ 30 דקות נדרש להתקנה ויישור על MX2. שנית, מזרקי המדגם המשמשים לגידול גבישים יכולים לשמש ישירות כמאגרים להזרקה, הגבל?…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מרכז המצוינות של מועצת המחקר האוסטרלית בהדמיה מולקולרית מתקדמת (CE140100011) (http://www.imagingcoe.org/). מחקר זה נערך בחלקו באמצעות קרן MX2 ב Synchrotron האוסטרלי, חלק ANSTO, ועשה שימוש בגלאי הקרן האוסטרלית לחקר הסרטן (ACRF).
Hen eggwhite lysozyme | Sigma-Aldrich | L6876 | Used to grow crystals for testing the injector and the crystals are transferred into silicon grease. https://www.sigmaaldrich.com/ |
High vacuum silicon grease | Dow Corning | Z273554-1EA | Used for testing of injector. https://www.sigmaaldrich.com/ |
Injector needle (108 µm ID) | Hamilton | part No: 7803-05 | www.hamiltoncompany.com |
Glass gas-tight syringes, 100 µl | Hamilton | part no: 7656-01 | Syringes used for sample injection. www.hamiltoncompany.com |
LCP syringe coupler | Formulatrix | 209526 | Syringe coupler to mix the samples |
Lipidico injector | La Trobe Univerity/ANSTO | This is a specific piece of equipment that can be accessed through La Trobe University / ANSTO Australian Synchrotron Facility |