Πενήντα Χρόνια της Τράπεζας Δεδομένων Πρωτεϊνών! – Biomedical Beat Blog – Εθνικό Ινστιτούτο Γενικών Ιατρικών Επιστημών

Το λογότυπο της Protein Data Bank για τα 50 χρόνια. Πίστωση: Ιστότοπος ΠΣΠ.

ο Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνών (PDB)που ιδρύθηκε το 1971, είναι το ενιαίο παγκόσμιο αποθετήριο για τρισδιάστατα δομικά δεδομένα του πρωτεΐνες, DNA, RNA, και ακόμη και σύμπλοκα αυτά τα βιολογικά μόρια σχηματίζονται με φάρμακα ή άλλα μικρά μόρια. Περισσότεροι από 1 εκατομμύριο άνθρωποι—συμπεριλαμβανομένων ερευνητών, επαγγελματιών γιατρών, εκπαιδευτικών και φοιτητών— χρησιμοποιούν το ΠΣΠ κάθε χρόνο. Το NIGMS και άλλα τμήματα του NIH έχουν βοηθήσει στη χρηματοδότηση αυτού του δωρεάν ψηφιακού πόρου από το 1978.

Προσομοιώστε την επιστημονική ανακάλυψη και μάθετε τα βήματα για το ξεκλείδωμα των μοριακών δομών

Προς τιμήν της 50ης επετείου του PDB, μπορείτε πλέον να παίξετε PDB50: Το παιχνίδι το οποίο απεικονίζει τα βήματα που απαιτούνται για την κατάθεση μιας δομής στο ΠΣΠ, όπως:

• Προετοιμασία δειγμάτων: Οι επιστήμονες πρέπει να απομονώσουν το μόριο και να διασφαλίσουν ότι το δείγμα δεν έχει μολυνθεί με άλλα μόρια.
• Μεγαλώνοντας κρυστάλλους: Εάν χρησιμοποιείτε μια τεχνική κρυσταλλογραφίας για τον προσδιορισμό μιας δομής, οι επιστήμονες πρέπει να αναπτύξουν κρυστάλλους των βιολογικών μορίων και αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι πολύ προκλητική, χρονοβόρα και μερικές φορές αδύνατη.
• Συλλογή δεδομένων: Μια ποικιλία τεχνικών είναι διαθέσιμες για τη συλλογή των δεδομένων που απαιτούνται για την επίλυση μιας δομής.
  • Κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ: η πιο κοινή τεχνική που χρησιμοποιείται, αλλά περιορίζεται από την ικανότητα κρυστάλλωσης του βιολογικού μορίου
  • Φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού: μια τεχνική χρήσιμη για τη μελέτη βιολογικών μορίων σε υγρό, έτσι ώστε να μην απαιτείται κρυστάλλωση, αλλά κατάλληλη μόνο για μικρά μόρια
  • Κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία: μια πιο πρόσφατα αναπτυγμένη τεχνική όπου τα δείγματα καταψύχονται σε διάλυμα, χωρίς να απαιτείται κρυστάλλωση
• Ανάλυση δεδομένων: Τα δεδομένα από αυτές τις τεχνικές δεν δίνουν τις καθαρές, όμορφες εικόνες που βλέπετε στο PDB. Αντίθετα, οι επιστήμονες πρέπει να χρησιμοποιήσουν υπολογιστές για να επεξεργαστούν και να αναλύσουν τα δεδομένα για να καθορίσουν τη δομή.
• Καινοτομία: Στις πρώτες ημέρες του PDB, η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ ήταν η μόνη μέθοδος για τον προσδιορισμό των δομών. Από τότε οι επιστήμονες ανέπτυξαν και συνεχίζουν να αναπτύσσουν νέες μεθόδους που περιλαμβάνουν:
  • Λέιζερ ηλεκτρονίων χωρίς ακτίνες Χτο οποίο παράγει γρήγορους παλμούς ακτίνων Χ χρήσιμους για τη συλλογή δεδομένων από μεγάλους αριθμούς μικροσκοπικών κρυστάλλων που είναι πολύ μικροί για τυπική κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ
  • Ολοκληρωτικές/υβριδικές μέθοδοι που μπορούν να απαντήσουν σε σύνθετα δομικά ερωτήματα συνδυάζοντας υπολογιστικές και πολλαπλές πειραματικές τεχνικές
  • Ηλεκτρονική κρυσταλλογραφίατο οποίο χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για τη συλλογή δεδομένων από μικροσκοπικούς κρυστάλλους
  • Αυτοματισμός που επιτρέπει στους επιστήμονες να μεγιστοποιήσουν την αποτελεσματικότητα προετοιμασίας των δειγμάτων τους
• Κατάθεση ΠΣΠ! Μόλις προσδιοριστεί η δομή μιας πρωτεΐνης ή άλλου βιολογικού μορίου, οι επιστήμονες μπορούν να το υποβάλουν στο ΠΣΠ για πρόσβαση και μελέτη άλλων επιστημόνων.

Επιτυχία του ΠΣΠ

Παρόλο που ο προσδιορισμός της δομής ενός βιολογικού μορίου είναι δύσκολος και χρονοβόρος, η γνώση αυτών των δομών είναι απαραίτητη για την κατανόηση του ρόλου τους στην ανθρώπινη υγεία και ασθένεια. Η απόδειξη των επιπτώσεων του ΠΣΠ είναι εμφανής στο πολλά βραβεία Νόμπελ που έχουν βραβευτεί σε επιστήμονες για την εργασία τους πάνω ή με μοριακές δομές. Οι δομές στο ΠΣΠ είναι επίσης πολύ χρήσιμες για την ανακάλυψη νέων φαρμάκων. Η γνώση της συγκεκριμένης δομής της στοχευόμενης πρωτεΐνης επιτρέπει στους επιστήμονες να βελτιστοποιήσουν τη χημεία του φαρμάκου για να βελτιστοποιήσουν την αποτελεσματικότητά του. Για παράδειγμα, οι πόροι του ΠΣΠ έχουν διαδραματίσει ζωτικό ρόλο στην παροχή πληροφοριών στους ερευνητές σχετικά με τις πρωτεΐνες στην επιφάνεια του SARS-CoV-2, του ιού που ευθύνεται για την πανδημία COVID-19. Αυτή η γνώση βοήθησε τους ερευνητές να προσδιορίσουν τους πιο υποσχόμενους υποψήφιους για την ανάπτυξη φαρμάκων και εμβολίων.

Μπορείτε επίσης να γιορτάσετε την 50ή επέτειο του PDB την επόμενη φορά που θα παίξετε το αγαπημένο σας παιχνίδι με κάρτες κατεβάζοντας αυτά τα τραπουλόχαρτα δομικής βιολογίαςκαι μάθετε περισσότερα για την ιστορία και το μέλλον του ΠΣΠ από αυτό Βίντεο για την 50η επέτειο. Για περισσότερα παραδείγματα πρωτεϊνικών δομών, ανατρέξτε στο διαδραστικό μας πρωτεϊνικό αλφάβητο δραστηριότητα!

Το ΠΣΠ υποστηρίζεται εν μέρει από επιχορήγηση NIGMS R01GM133198.

Αυτή η ανάρτηση είναι ένα εξαιρετικό συμπλήρωμα για Pathways: The Imaging Issue.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν πολλές τεχνικές απεικόνισης για τον προσδιορισμό των πρωτεϊνικών (και άλλων μακρομοριακών) δομών. Μερικές από αυτές τις τεχνικές περιγράφονται στο Μονοπάτιακαι άλλα παρουσιάζονται σε αυτήν την ανάρτηση.

Μάθετε περισσότερα στο Educator’s Corner μας.