p Os cientistas utilizaram a fonte de luz Diamond para desenvolver um novo método para extrair informações anteriormente ocultas dos dados de difração de raios-X que são medidos ao resolver as estruturas atômicas tridimensionais (3D) de proteínas e outras moléculas biológicas. p Ao tentar evoluir compostos químicos para candidatos a drogas potentes, os cientistas tentam estudar os detalhes atômicos de como os compostos se ligam às proteínas-alvo. Para fazer isso, eles comparam dados de raios X medidos na presença e ausência do composto. Contudo, com algoritmos de análise existentes, este sinal de diferença pode muitas vezes ser inundado por ruído de artefatos de experimentos, tornando muito pouco confiável para interpretar o sinal observado.

p O novo método Pan-Dataset Density Analysis (PanDDA) extrai a imagem do composto ligado em detalhes excepcionalmente claros e inequívocos. PanDDA primeiro identifica a fonte do ruído, e, em seguida, remove-o dos dados. Ele explora a capacidade do Diamond de repetir dezenas a centenas de medições rapidamente, que são então caracterizados por diferenças entre eles, indicando a presença de composto ligado, após o qual uma correção de ruído é aplicada em 3D. Os resultados são publicados hoje em Nature Communications .

p Cristalografia macromolecular (MX), a técnica à qual o PanDDA se aplica, é uma das ferramentas mais poderosas usadas por pesquisadores interessados ​​em determinar as estruturas 3D de grandes moléculas biológicas, incluindo proteínas, e é o experimento de trabalho para o projeto racional de drogas.

p "O problema de identificar eventos de ligação em conjuntos de dados cristalográficos pode ser parecido com procurar uma agulha em um palheiro, "explica o Dr. Nicholas Pearce, autor principal do artigo que vem de seu projeto de doutorado na Universidade de Oxford no Centro de Abordagens de Sistemas para Ciências Biomédicas (SABS) para Treinamento de Doutorado, onde foi financiado conjuntamente pela UCB Pharma e Diamond. "No caso dos dados que estávamos analisando, foi ainda pior, porque tínhamos centenas de palheiros, e não sabia qual deles continha agulhas. "Nick agora trabalha no Crystal &Structural Chemistry Group da Universiteit Utrecht.

p Os pesquisadores foram capazes de tirar proveito do fato de que a maioria das medições eram de cristais "vazios" que não continham um ligante ligado, permitindo-lhes caracterizar a forma não vinculada e simplesmente procurando por conjuntos de dados que eram diferentes.

p "Muitas vezes, na cristalografia, você pode perder formas limitadas 'fracas', porque cada medição é uma superposição das formas limitadas e não ligadas, "continua o Dr. Pearce." Isso é semelhante a várias folhas de papel vegetal, cada um com uma de pelo menos duas imagens, todos sobrepostos uns em cima dos outros. "

p “Ao tentar identificar a imagem em apenas uma das 'folhas', fica confuso com o que transparece de todas as outras folhas, então a imagem se torna suscetível a erros de interpretação, "Dr. Pearce acrescenta." Para superar isso, desenvolvemos um método para extrair o conjunto certo de 'folhas' da sobreposição; uma vez que fizemos isso, interpretar o formulário vinculado torna-se muito mais fácil, e nos permite interpretar os dados com segurança, e construir modelos dos estados interessantes nos dados. "

p "A ideia básica é conceitualmente muito simples, a saber, tratar a superposição confusa como um problema de correção de fundo, "explica o professor Frank von Delft, que é, em conjunto, Investigador Principal do grupo de Cristalografia de Proteínas no Structural Genomics Consortium (SGC) da Universidade de Oxford, e Cientista Principal da Linha de Luz da linha de luz I04-1 em Diamond. "Contudo, uma estimativa precisa do fundo é crucial, e na prática isso era impensável até o advento da nova tecnologia robótica oferecida pela Diamond, o que torna rotineiro fazer um grande número de medições. "

p "A UCB tem o prazer de trabalhar em estreita colaboração com a Diamond no desenvolvimento do PanDDA e sua aplicação na triagem de fragmentos cristalográficos, "comenta o Dr. Neil Weir, Vice-presidente sênior de descoberta da UCB Pharma. "Como resultado direto, conseguimos identificar fragmentos, que de outra forma não eram distinguíveis do fundo, ligado a um alvo de droga de interação proteína-proteína chave. "

p A pesquisa envolveu a produção de cerca de 860 conjuntos de dados, dos quais apenas 75 contêm uma forma vinculada de interesse para os pesquisadores. "Embora seja aplicável em geral no MX, o método é particularmente transformador para uma versão do experimento MX chamada triagem de fragmentos, onde os efeitos que procuramos são muito raros e ainda mais difíceis de verificar por algoritmos convencionais, "continua von Delft.

p Uma coda crucial para o trabalho foi o upload de todas as estruturas para o Protein Data Bank (wwPDB), o repositório online de estruturas 3D de proteínas e ácidos nucléicos, onde todos têm acesso totalmente gratuito a todas as estruturas já publicadas. Um dos sites de host wwPDB, RCSB PDB, desenvolveu recentemente uma nova ferramenta de deposição de grupo para permitir o upload em massa de estruturas, e isso foi crucial para completar esta colaboração.

p O sistema RCSB PDB Group Deposition permite que os autores tirem proveito de modelos locais e PDB_extract para processamento em lote, embalagem, Envio, Reveja, validação, e envio com um clique de várias estruturas de uma só vez. Searching group title "PanDDA analysis group deposition" at rcsb.org will return these 860 depositions.

p "The Diamond and PDB groups have accomplished something quite incredible, and we have been delighted to help them" says Aled Edwards, Director of the SGC. "I would also like to highlight the team's commitment to open science. By placing all the research output into the public domain, they have ensured that the data can be used by all."

p Now celebrating its 10th year of research and innovation, Diamond is committed to working with our users to enable them to carry out world-leading research at the facility.

p "We've come a long way in the last ten years, and collaborations like these are key to how we will maintain our place as a key facility for researchers working in the life sciences, " adds Professor Dave Stuart, Director of Life Sciences at Diamond. "The idea that we can clearly see weak binding events is particularly exciting and something we're looking forward to sharing with our crystallography community."

p The researchers hope that this new method will provide a significant shift in how crystallographic models are generated; opening windows to explore more poorly ordered crystals.