A capacidade de crescer grandes cristais de proteína é o único grande gargalo que limita o uso da cristalografia de proteínas de nêutrons na biologia estrutural. Os cristais de proteína precisam ter volumes na região de pelo menos 0,1 mm ³ . Teoricamente, não há nenhuma razão específica para que cristais desse tamanho não possam ser cultivados. Se eles podem ser, A cristalografia de proteínas de nêutrons pode fornecer informações cruciais sobre a localização dos átomos de hidrogênio, detalhes relacionados às ligações de hidrogênio de hidratação e às interações de ligantes. Este tipo de informação é de relevância direta para a pesquisa acadêmica e farmacologicamente conduzida nas ciências da vida.

O desafio é, portanto, alcançar um grande crescimento de cristal em uma reprodutível, economia de tempo, forma de economia de trabalho. Seria ideal se, no futuro, os cristalógrafos de nêutrons podem, após o trabalho de pré-caracterização adequado, submeter suas soluções a uma plataforma automatizada ou semiautomática que permitiria a exploração de uma ampla gama de condições de uma forma altamente sistemática e permitir aos usuários monitorar o crescimento de seus computadores remotos.

Ashley Jordan no Institut Laue-Langevin (ILL) em Grenoble, França, tem investigado dois novos métodos de crescimento de cristal:o desenvolvimento de um módulo que poderia permitir abordagens automatizadas em maior escala no futuro (tarefa 1), e um sistema de cristalização de fluxo (tarefa 2).

Tarefa 1:Um módulo para exploração automatizada de grande crescimento de cristal

Este projeto SINE2020 se concentrou no desenvolvimento de um módulo de multi-poços controlável por temperatura no qual o crescimento do cristal pode ser otimizado. A ideia de projetar este módulo era ampliar a abordagem de modo que vários poços de cristalização com controle de temperatura individual (programável) pudessem ser usados ​​para explorar uma ampla gama de condições de crescimento. Um módulo de protótipo foi feito que consistia em um projeto de placa personalizado contendo 6 × 4 poços onde os experimentos de cristalização individuais podem ocorrer. Cada poço pode ser adaptado a diferentes condições, com cada um tendo controle de temperatura independente. Os poços são aquecidos usando elementos de aquecimento Peltier com um sistema de feedback de temperatura que permite que cada poço seja aquecido e resfriado em uma faixa de temperatura de 4 graus C a 60 graus C, com uma precisão de 0,1 grau. A configuração foi projetada para permitir que o crescimento do cristal seja monitorado e registrado fotograficamente.

Ashley Jordan, Ryo Mizuta e John Allibon (que desenvolveu o software) construíram e testaram o sistema de protótipo. Os testes de cristalização foram realizados com tripsina e rubredoxina.

Pós-SINE2020, a ideia seria fazer esses módulos "plug and play" para que uma abordagem "robótica" mais estendida pudesse ser usada. As execuções da cristalogênese poderiam ser removidas pelo usuário na conclusão e outras execuções instaladas usando outro módulo - o módulo seria a unidade de trabalho de uma matriz maior - com todas sendo visualizadas por câmera e fornecendo informações de lapso de tempo para um portal do usuário.

Tarefa 2:Cristalização de fluxo

Outra maneira de buscar o crescimento de um grande cristal é a ideia de um sistema de cristalização em fluxo. A ideia é manter as condições de lote em estado estacionário em torno de um cristal em todos os momentos durante o seu crescimento, fornecendo um suprimento constante de estoque de proteína fresca para o ambiente de cristalização. Isso manterá sempre as condições ideais da solução e ajudará a minimizar o acúmulo de impurezas nas superfícies do cristal - tais impurezas podem impedir o crescimento do cristal.

Uma bomba P Dolomite Mitos foi escolhida para manter a taxa de fluxo extremamente baixa (entre 70-1500 nl min-1) necessária para regular o sistema. Uma câmara de cristalização adequada que pode ser conectada à bomba foi projetada e feita usando uma impressora 3-D. Esta câmara cria um ambiente selado e fornece acesso imediato aos cristais, uma vez que tenham crescido.