▲物理學和天文學系的助理教授Hugo Sanabria
如果沒有合適的地基尺寸，建築師就無法建造房子。同樣的，如果不知道蛋白質、RNA或DNA等生物分子的表面情況，科學家就無法開發靶向藥物療法。在生物物理和結構生物學領域中，收集這些數據的最佳方法備受爭議。現在，來自世界各地的27個實驗室——包括克萊姆森大學物理學和天文學系助理教授Hugo Sanabria的“單分子生物物理學”實驗室——共同著手解決了這種差異。
他們的研究成果於近日發表在了《自然•方法》雜誌上，該研究為熒光共振能量轉移(FRET)技術制定了一個標準化規程，可以說是測量生物分子間距離的最精確方法之一。
在FRET技術中，兩種色素或感光性化合物附著在生物分子兩個不同的位置上。當兩個熒光分子彼此接近並定位在正確的方向時，能量會從處於激發態的一個熒光分子(供體)轉移到另一個熒光分子(受體)上。再結合福斯特理論，就可以在顯微鏡下捕捉到兩個熒光分子之間的距離。隨後的測量被稱為“FRET效率”，或者“光譜尺”。
Sanabria說：“有兩種方式可得到熒光分子之間的距離。其中一種是固定法研究，也就是把樣品固定在顯微鏡蓋板玻璃上，然後在一段時間內觀察一個分子的狀態。另一種方法是當分子四處移動，自由擴散時，在很短的時間內對許多單個分子進行採樣。該方法需要使用共焦顯微鏡。”
在2012年於德國舉行的一次會議上，研究人員提出了將這兩種方法結合在一起的想法。單分子研究領域的研究人員還在那次會議上啟動了一項針對FRET效率的全球性研究。在這項研究中，參研的每個人都得到了在不同的位置上用熒光染料染色的兩組雙鏈DNA分子。他們需要測量出這對DNA分子之間的距離。然而，沒有一個研究人員得到了熒光分子之間的實際距離，於是引發了一場關於誰能在實驗上提供最精確測量的挑戰。幸運的是，Sanabria實驗室的測量結果在標準誤差範圍之內。“當把我們的結果與人們提出的其他結果進行比較時，我們是那些與預期結果最近的人之一。” Sanabria說道。
最後，研究人員們就一套標準化規程達成一致，不管使用哪種方法，只要對比標準值的誤差在7%以內，就算是精確、準確的驗證FRET效率。
隨著這項研究的開展，結構生物學領域也得到了發展，因為該方法可用於測量不同形狀和大小的分子，並生成這些分子的新結構模型。Sanabria說，該FRET測量法是唯一能夠克服尺寸和穩定性限制的方法，而這些限制是X射線結晶學、核磁共振和低溫電子顯微鏡等“結構生物學的黃金標準”所不能克服的。
“一旦你有了這個結構，你就可以進行靶向藥物開發，”Sanabria說。“你可以查詢某些小分子的數據庫，看看哪些分子會與DNA、RNA或蛋白質相互作用，以及這些小分子會有什麼影響。這將能助力新的藥物開發及應用。”作為FRET方法論的先驅者，Sanabria和他的同事正致力於將FRET所揭示的生物分子結構模型存入一個公開的數據庫，從而讓感興趣的研究人員進一步深入到結構生物學中去。
編譯：Coke
審稿：alone
來源：http://h5.scimall.net.cn/register?from=wechat
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