Investigadores del Departamento de Dinámica Atómicamente Resuelta del MPSD en el Centro de Ciencia Láser de Electrones Libres, el Centro de imágenes ultrarrápidas (todo en Hamburgo), la Universidad de Toronto en Canadá y la ETH en Zurich, Suiza, han desarrollado un nuevo método para observar el funcionamiento de las biomoléculas.

Este método no solo simplifica el experimento, pero lo acelera tanto que ahora se pueden grabar muchas instantáneas en una sola sesión experimental. Luego, estos se pueden ensamblar en una secuencia de lapso de tiempo que muestra los fundamentos moleculares de la biología.

Toda la vida es dinámica y también lo son sus componentes moleculares. Los movimientos y cambios estructurales de las biomoléculas son fundamentales para su función. Sin embargo, comprender estos movimientos dinámicos a nivel molecular es un desafío formidable. Un método para comprenderlos es la cristalografía de rayos X de resolución temporal, donde se desencadena la reacción de una molécula biológica y luego se toman instantáneas a medida que reacciona. Sin embargo, estos experimentos consumen mucho tiempo.

El nuevo método de respuesta y devolución se adapta al estudio de escalas de tiempo de reacción biológicamente relevantes, que son del orden de milisegundos a segundos o incluso minutos. Estas escalas de tiempo son de especial interés para los biólogos y los investigadores farmacéuticos, ya que a menudo revelan los cambios estructurales relevantes para una función biológica particular o el recambio de un fármaco. La combinación de haces de rayos X microenfocados de alta intensidad disponibles en la línea de luz P14 del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) y la línea de luz P11 en DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) con el método de golpe y retorno permitió al equipo interrogar a una enzima importante para la descomposición de contaminantes artificiales en acción, en la escala de tiempo de milisegundos.

La clave de su éxito fue que el método de respuesta y devolución hace que todo el experimento sea mucho más rápido que los enfoques anteriores. Si bien antes solo se podía obtener una única instantánea estructural después de varias horas de recopilación de datos, el nuevo método de respuesta y devolución proporciona aproximadamente un punto de tiempo por hora, independientemente del tiempo de retraso. El método funciona tan bien que ahora es posible recopilar muchas instantáneas de forma consecutiva, permitiendo que los investigadores registren una secuencia de lapso de tiempo de los cambios estructurales durante la reacción completa de una biomolécula en un solo experimento de 24 horas.

Este nuevo método tiene un gran potencial para las fuentes de radiación de sincrotrón de alto brillo existentes y futuras. Debido a que requiere mucho menos tiempo, permitirá que muchos más investigadores lleven a cabo estudios de cristalografía de resolución temporal. Junto con EMBL y la Universidad de Hamburgo, con el apoyo del Departamento Alemán de Educación e Investigación (BMBF), el método de respuesta y retorno ya se está implementando como un entorno de muestra estándar para la nueva estación final de cristalografía macromolecular resuelta en el tiempo en la línea de luz EMBL P14 en el sincrotrón PETRA III en DESY.

El equipo anticipa que se obtendrán muchos más conocimientos importantes sobre los procesos bioquímicos mediante la aplicación de estas tecnologías de vanguardia. Una comprensión más profunda de estos procesos, Sucesivamente, ayudar a responder algunas de las preguntas más urgentes sobre nuestra salud y el medio ambiente.