Dentro del anillo de almacenamiento de 844 metros de diámetro de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, los electrones que viajan casi a la velocidad de la luz producen algunos de los haces de rayos X más brillantes del mundo. Estos rayos X pueden revelar la posición y los movimientos de los átomos en todo tipo de materia. Siete de las 44 líneas de luz de la instalación están dedicadas a la investigación de biología estructural y se ejecutan bajo los auspicios de una asociación EMBL-ESRF conocida como Joint Structural Biology Group (JSBG).

La cristalografía macromolecular (MX) y las líneas de luz de dispersión de ángulo pequeño son operadas por científicos de ambas instituciones, que utilizan su experiencia para ayudar a los investigadores del EMBL y a los científicos visitantes a obtener datos estructurales. Las líneas de luz de JSBG son un recurso extremadamente valioso para la comunidad internacional de biología estructural.

Una apertura tan esperada

Hace más de año y medio, el ESRF estuvo cerrado durante 20 meses, durante ese tiempo, el anillo de sincrotrón se reconstruyó por completo y se convirtió en la primera fuente extremadamente brillante (EBS) del mundo, un proyecto de 150 millones de euros que se extiende desde 2017 hasta 2022. Poco después de que se completara el nuevo anillo en enero de 2020, Los rayos X se volvían a producir de forma rutinaria.

"Fue sorprendente que una vez que el nuevo sincrotrón estuvo operativo, ¡Tuvimos el rayo de regreso y la recopilación de datos en funcionamiento en tres días! ", dice Matthew Bowler, del equipo McCarthy en EMBL Grenoble, y uno de los científicos responsables de una de las líneas de luz de JSBG.

Después de un exitoso comienzo de la puesta en servicio, el ESRF-EBS, y con él las líneas de luz, tuvo que permanecer cerrado una vez más debido a la pandemia de COVID-19. Durante los últimos meses, El acceso excepcional solo se otorgó a unos pocos usuarios con proyectos que contribuyeron al esfuerzo científico internacional en la investigación sobre COVID-19.

Con la inauguración de hoy, las innovaciones provocadas por el proyecto EBS finalmente se están dando a conocer a la comunidad científica. Aparte de la construcción de un nuevo anillo de almacenamiento, incluyen un programa de actualización de instrumentación avanzada, y mejora de todas las líneas de luz de biología estructural de JSBG, notablemente una mejora significativa de MASSIF-1.

Un mayor nivel de ciencia automatizada

MASSIF-1 es una de las siete líneas de luz ejecutadas conjuntamente por ESRF y EMBL Grenoble, y fue la primera línea de luz automatizada del mundo. Matthew Bowler, y Didier Nurizzo de ESRF, explicar las ventajas del procedimiento:"La línea de luz funciona las 24 horas del día. Los investigadores envían sus cristales congelados por correo, y los científicos de la línea de luz los cargan en un sistema de almacenamiento criogénico de gran capacidad. A continuación, la línea de luz analiza las muestras de forma completamente automática ".

Este proceso implica que un robot lleve el cristal del almacenamiento al haz, luego, algoritmos complejos localizan la muestra y deciden el protocolo experimental óptimo. Una vez que comienza el análisis, los usuarios reciben un correo electrónico y pueden ver que sus datos se recopilan de forma remota y en tiempo real.

"La automatización es fantástica, "concluye Bowler." Hará el mismo trabajo para cada muestra, ya sean las cuatro de la tarde o de la mañana ".

Durante este año, se están implementando varias actualizaciones importantes en MASSIF-1. Por ejemplo, se acaba de instalar un microdifractómetro desarrollado por EMBL, un instrumento que puede colocar y rotar un cristal en el haz de rayos X con una precisión de una milésima de milímetro. En una etapa posterior, la óptica que enfoca los rayos X sobre el cristal se adaptará al nuevo haz producido por el EBS, que es 100 veces más brillante que el rayo anterior.

Una de las actualizaciones más importantes para la línea de luz será la introducción del robot FlexHCD. Este robot fue desarrollado conjuntamente por el equipo de Ciprani, El equipo de instrumentación de EMBL Grenoble, y la División de Servicios y Desarrollo de Instrumentación de la ESRF y los grupos de Biología Estructural. Este nuevo dispositivo de manipulación de cristales congelados aumentará sustancialmente la velocidad de recopilación de datos. "En este momento, se necesitan hasta seis minutos por muestra, "explica Nurizzo." La actualización duplicará o triplicará la velocidad de procesamiento ".

Nuevas oportunidades experimentales

Antes de que los cristales puedan analizarse en las líneas de luz de JSBG, Deben generarse en una instalación de cristalización a través de un proceso minucioso y, a veces, tedioso de selección y optimización. que normalmente lleva muchas veces más tiempo que los propios experimentos de difracción.

Otra actualización importante involucra al robot CrystalDirect, que fue desarrollado en 2012 por el equipo Cipriani y el equipo Márquez en EMBL Grenoble. Esta tecnología permite la automatización completa del montaje de cristales y el enfriamiento criogénico, facilitando la transferencia de muestras entre la instalación de cristalización y el sincrotrón.

En su nueva forma, MASSIF-1 será operado en coordinación con el EMBL HTX Lab, que traerá un nuevo nivel de eficiencia, particularmente en campañas intensivas de detección de fragmentos para el descubrimiento de fármacos. Es más, durante 2021, uno de los robots CrystalDirect del HTX Lab se integrará en el entorno de línea de luz MASSIF-1. Este será un gran paso adelante y permitirá la entrega de muestras directamente desde la placa de cristalización al haz de rayos X. Todos estos desarrollos mantendrán a EMBL y ESRF a la vanguardia de las innovaciones en la tecnología de línea de luz MX en el mundo en beneficio de la biología estructural.