Pesquisadores do Departamento de Dinâmica Resolvida Atomicamente do MPSD no Center for Free-Electron Laser Science, o Center for Ultrafast Imaging (tudo em Hamburgo), a Universidade de Toronto no Canadá e a ETH em Zurique, Suíça, desenvolveram um novo método para observar as biomoléculas em ação.

Este método não apenas simplifica o experimento, mas acelera tanto que muitos instantâneos agora podem ser gravados em uma única sessão experimental. Eles podem então ser montados em uma sequência de lapso de tempo que mostra os fundamentos moleculares da biologia.

Toda a vida é dinâmica, e assim são seus blocos de construção moleculares. Os movimentos e mudanças estruturais das biomoléculas são fundamentais para sua função. Contudo, compreender esses movimentos dinâmicos em um nível molecular é um desafio formidável. Um método para entendê-los é a cristalografia de raios-X resolvida no tempo, onde a reação de uma molécula biológica é desencadeada e, em seguida, instantâneos são tirados conforme ela reage. Contudo, esses experimentos são extremamente demorados.

O novo método hit-and-return é adaptado para o estudo de escalas de tempo de reação biologicamente relevantes, que estão na ordem de milissegundos a segundos ou mesmo minutos. Essas escalas de tempo são de particular interesse para biólogos e pesquisadores farmacêuticos, visto que frequentemente revelam as mudanças estruturais relevantes para uma função biológica específica ou o turnover de uma droga. A combinação dos feixes de raios X micro-focados altamente intensos disponíveis na linha de luz P14 do Laboratório Europeu de Biologia Molecular (EMBL) e na linha de luz P11 no DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) com o método hit-and-return permitiu que a equipe interrogasse uma enzima importante para a repartição de poluentes produzidos pelo homem em ação, na escala de tempo de milissegundos.

A chave para seu sucesso foi que o método hit-and-return torna todo o experimento muito mais rápido do que as abordagens anteriores. Embora um único instantâneo estrutural só pudesse ser obtido anteriormente após várias horas de coleta de dados, o novo método hit-and-return fornece cerca de um ponto de tempo por hora, independentemente do tempo de atraso. O método funciona tão bem que agora é possível coletar muitos instantâneos consecutivamente, permitindo que os pesquisadores registrem uma sequência de lapso de tempo das mudanças estruturais durante a reação completa de uma biomolécula em um único experimento de 24 horas.

Este novo método tem grande potencial para fontes de radiação síncrotron de alto brilho existentes e futuras. Porque é muito menos demorado, permitirá que muitos mais pesquisadores realizem estudos de cristalografia resolvidos com o tempo. Juntamente com o EMBL e a Universidade de Hamburgo, com o apoio do Departamento Alemão de Educação e Pesquisa (BMBF), o método hit-and-return já está sendo implementado como um ambiente de amostra padrão para a nova estação final de cristalografia macromolecular resolvida no tempo na linha de luz EMBL P14 no síncrotron PETRA III em DESY.

A equipe prevê que muitos insights mais importantes sobre os processos bioquímicos surgirão com a aplicação dessas tecnologias de ponta. Uma compreensão mais profunda desses processos irá, por sua vez, ajudam a responder a algumas das perguntas mais urgentes sobre nossa saúde e meio ambiente.