تعاون دولي بين DESY بقيادة أكثر من 120 باحثا وباحثة ما يمثل أعلنت النتائج العلمية الأولى من جديد الأشعة السينية ليزر XFEL الأوروبي. هذا البحث حجر الأساس لم يثبت فقط أن مرافق بحثية جديدة يمكن أن يسرع سرعة تجارب أكثر من أمر من حجم، ولكن أيضا يكشف عن بنية الانزيم لم تكن معروفة سابقا، الإنزيم المسؤول عن المقاومة للمضادات الحيوية. وأكد المدير التنفيذي لXFEL الأوروبي روبرت Feidenhans'l: أول استخدام للمنشأة XFEL الأوروبية لفريق من أعمال رائدة مهد الطريق لجميع المستخدمين، الذين يستفيدون من هذه التجارب الرائدة، ونحن سعداء جدا - هذه وأظهرت النتائج أن تأثير منشأة للعمل بشكل أفضل مما كنا نتوقع، ومستعدة لتقديم الاكتشافات العلمية الجديدة.

وقد نشرت نتائج الدراسة في العلماء "اتصالات الطبيعة"، بما في ذلك بنية البروتين الجديد اكتشفت لأول مرة في XFEL الأوروبي: العلم العلم - الديباج بارك. قال علماء DESY من مركز الحرة الكترون علوم الليزر (CFEL) انطون باتي (انطون بارتي): في الفئة منشأة جديدة، يجب ان يتقن الكثير من الناس لم يكن لها سابقا للتعامل مع التحديات. وتشرف على فريق من الباحثين حوالي 125 ممثلا، وشارك في أول تجربة مفتوحة للمجتمع العلمي بأسره. أنا اشبه إلى الرحلة الأولى طائرة جديدة: يتم الانتهاء من جميع العمليات الحسابية والتجمع، كلها تقول انه سوف يعمل، ولكن حتى يمكنك اختبار لمعرفة ما إذا كان حقا يمكن أن تطير. تم تصميم 3.4 كم استمرت XFEL الأوروبي تنبعث الأشعة السينية مرة واحدة كل 220 نانو ثانية.

عندما فلاش الأشعة السينية مشرق إصابات (البنفسجية) المياه النفاثة (الزرقاء) انزيم البلورات، وسجلات البيانات الحيود يمكن إعادة الرسم المفاهيمي للبنية المكانية للانزيم (يمين). الصورة: DESY / سيد برلين

لفتح الجزيئات البيولوجية (مثل الإنزيمات) هيكل ثلاثي الأبعاد، وتستخدم هذه الحبوب للحصول على الأشعة السينية فلاش التعرض المتزايد من بلورات صغيرة من الجزيئات الحيوية. وسيكون لكل الانطباع إنتاج نمط حيود فريد على كاشف. إذا كان تسجيل من جميع الجهات ما يكفي من بلورات لهذا النموذج، يمكننا حساب الهيكل المكاني، بنية جزيء حيوي جزيء حيوي يمكن أن تكشف كيف يعمل. ومع ذلك، يمكن كل الإشعاع الكريستال الأشعة السينية أن يكون واحد فقط، لأنها تبخرت ومضة قوية (بعد أنها تنتج نمط حيود). لذلك، لبناء هيكل ثلاثي الأبعاد كاملة من الجزيئات البيولوجية، لا بد من حقن الكريستال طائرة جديدة المياه من خلال طريق الليزر، وشعاع من الضوء الداخلة في الوقت المناسب، للتحضير للفلاش المقبل. وقبل ذلك، وقد حاول أحد بوتيرة سريعة لتحليل الأشعة السينية للعينات لقرار الذري.

وحتى الآن، أي من معدل النبض من أسرع الأشعة السينية وأشعة الليزر هي 120 ومضات في الثانية الواحدة، أي فلاش كل 0.008 ثانية (أو 80 مليون نانو ثانية). للجزيئات البيولوجية أسرع التحقيق، إلا أن بسرعة إضافة الكريستال - سيتم تبخر المياه النفاثة الأشعة السينية، ويجب أن تعاد فورا. الطائرة التي تحمل معدل عينة تصل إلى 100 متر في الثانية، وهي عبارة عن وتيرة سرعة قياسية الفورمولا واحد. "ماكس Wiedorn وزميله دومينيك أوبرتور من العلاج CFEL مع تسليم عينات من العمل، وفوهة المصممة خصيصا لضمان الاستقرار طائرة عالية السرعة لتلبية الاحتياجات. ومن أجل ذلك تسجيل بسرعة نمط حيود الأشعة السينية، التي تتألف من DESY عالم هاينز Graafsma التحالف الدولي بقيادة تصميم وبناء واحدة من أسرع كاميرا الأشعة السينية في العالم، وخاصة المصنعة للXFEL الأوروبي.

التكيف مكاسب تكامل كشف بكسل (AGIPD) لم تسجل بسرعة فقط في نبض الأشعة السينية للوصول إلى صورة، وحساسية يمكن تعديلها بشكل فردي لكل بكسل، الاستفادة القصوى من دقة المعلومات الحيود هيكل نمط عينات مشفرة. "متطلبات للXFEL الأوروبي هي فريدة من نوعها بحيث التحقيق يجب أن تكون مصممة تماما من الصفر ومصممة خصيصا لهذا العلماء المهمة التي تم تحديدها لأول مرة معروفة جيدا عينة - بيضة بنية الليزوزيم الأبيض، باعتباره المحك، للتحقق من أن النظام يعمل كما هو متوقع. في الواقع، والمستمدة XFEL الأوروبي الهياكل المعروفة الليزوزيم بنية متسقة تماما، والتي تبين الغرامة إلى 0.18 نانومتر (المليون من المليمتر)، وهو العاشر الأداء الممتاز ليزر واقية من الأشعة، وسرعة تحليل متحمسون جدا: الساعات القليلة الماضية من التجربة ويمكن الآن أن تكتمل في غضون دقائق باستخدام يمكن أن يكون الأمثل إعدادات أبعد من ذلك تسريع الحصول على البيانات.

يوفر XFEL الأوروبية لاستكشاف مستقبل مشرق الكون نانومتر، أداء مذهل الأشعة السينية ليزر قسم خاص النجاح DESY مسرع، ورؤساء الأقسام من أطول والأكثر تقدما البناء في العالم فائقة التوصيل معجل خطي، ودفع في أوروبا XFEL. كهدف ثاني للدراسة، وفريق البحث اختار اللعب دورا هاما في الانزيمات البكتيرية المقاومة للمضادات الحيوية. الجزيئية المعينة CTX-M-14 لاكتاماز معزولة عن قلقها الشديد سلالات مقاومة للعقاقير من البكتيريا الرئوية الكلبسيلة في المستشفيات في جميع أنحاء العالم. قبل عامين، وفقا للمراكز الامريكية لمكافحة الامراض والوقاية منها (CDC) أقول، حتى في وجدت الولايات المتحدة "مقاومة للعموم" الكلبسيلة الرئوية (الكلبسيلة الرئوية) عزلة، ولكن أيا من نوعها 26 من المضادات الحيوية شائعة الاستخدام تأثير. الإنزيمات البكتيرية CTX-M-14 لاكتاماز الحاضر في جميع السلالات، ويعمل مثل زوج من مقص لقطع حلقة اكتام البنسلين جزيء المستمدة المضادات الحيوية، مما يجعلها عديمة الفائدة.

كبير الباحثين الدكتور آن أنطون باتي (يسار) من XFEL الأوروبي وأداة DESY عالم الدكتور ريتشارد بيان SPB / SFX، أنشأ التجارب الأولى في منشأة جديدة. الصورة: DESY، لارس بيرغ

لتجنب هذا، والمضادات الحيوية عادة ما تستخدم جنبا إلى جنب مع مجمع يسمى أفيباكتام، هذه المركبات قد تمنع انزيم مقص الجزيئية. وللأسف، فإن يغير تحور شكل مقص. وكانت بعض المستشفيات سلالات الرئوية الكلبسيلة قادرة على الانقسام، وحتى وضعت خصيصا المضادات الحيوية الجيل الثالث. إذا علمنا أن هذا الوضع هو كيف حدث ذلك، فإنه قد تساعد في تصميم المضادات الحيوية لتجنب هذه المشكلة. العلماء قد درسوا نوع CTX-M-14 المعقد داخل اكتاماز -، وهو غير مقاومة لل"النوع البري" البكتيريا، جنبا إلى جنب مع موقع نشط للانزيم، وهذا الهيكل يكون أبدا تم تحليلها. النتائج بدقة 0.17 يظهر نانومتر كيف يتم إرفاق أفيباكتام العلم إلى مركز النشط من الانزيم على سطح الوادي. وكان هذا المجمع خاص لم يسبق له مثيل من قبل، على الرغم من أن هيكل اثنين من مكونات منفصلة معروفة.

تظهر نتائج القياس يمكن تسجيل المعلومات الهيكلية العالية، والتي هي الخطوة الأولى في انزيم تسجيل لقطة والركيزة للتفاعل كيميائي حيوي في مراحل مختلفة من XFEL الأوروبي. خطط الفريق ليزر استخدام X-ray مع أستاذ مستشفى جامعة UKE هامبورغ وشارك في تأليف فريق وهولغر رود معا كما كاميرات السينما، ويتم تجميع هذه اللقطات في avbactam وذلك ضمن اكتاماز - ديناميات الجزيئية الصور. هذا الفيديو سوف تعطينا فكرة مهمة في العمليات الكيميائية الحيوية، يوم واحد يمكن أن تساعدنا على تصميم مثبطات أفضل، والحد من المقاومة للمضادات الحيوية. تصوير التفاعلات الكيميائية والكيميائية الحيوية مجرد مثال واحد من مجموعة جديدة كاملة من التجارب العلمية التي XFEL الأوروبي. وهناك عامل أساسي هو سرعة جمع البيانات. العلماء XFEL الأوروبي أكد أدريان مانكوسو: وهذا يفتح آفاقا جديدة لاكتشاف هيكل.

وهذا يدل على التجربة أن الاختلافات في استخدام معدل اكتشاف الممكن XFEL الأوروبي، مثل للقبض على الطائرة فوق المحيط الاطلسي على متن السفينة وليس اختلاف ملحوظ في الوقت الذي يستغرقه السفر، وأثر يمكن أن تكون هائلة. للمرة الأولى في الوقت XFEL الأوروبي كانت التجربة في سبتمبر 2017 بعد مرفق مفتوح لمدة أسبوعين، ومفتوحة لجميع المجتمع العلماء، والسماح لهم بالمشاركة، والمساهمة والتعلم واكتساب الخبرة لجعل هذه القياسات في المنشأة. الانتشار السريع للنجاح السياسة العلمية مفتوحة، قد في وقت لاحق من SPB / SFX نتائج الحملة أدوات ينظر. بالإضافة إلى كل التجارب تبلور المستمرة التي نفذت في XFEL الأوروبي، وعدد كبير من جهود المجتمع لمواجهة تحديات إدارة البيانات والتصور من دون حل سابقا. إدغار Weckert DESY مدير الأبحاث الفوتون هنأ العمل الرائد للفريق بأكمله: هذه انجازات كبيرة مما يدل على إمكانات فائقة التوصيل عالية تكرار ليزر الأشعة السينية في عالية الإنتاجية تحليل، وهذا يمكن تحليل تغيير هذا الأساس بحث.