Dentro do anel de armazenamento de 844 metros de diâmetro da Instalação Europeia de Radiação Síncrotron, elétrons viajando quase na velocidade da luz produzem alguns dos feixes de raios-X mais brilhantes do mundo. Esses raios X podem revelar a posição e os movimentos dos átomos em todos os tipos de matéria. Sete das 44 linhas de luz da instalação são dedicadas à pesquisa de biologia estrutural e operadas sob os auspícios de uma parceria EMBL-ESRF conhecida como Joint Structural Biology Group (JSBG).

A cristalografia macromolecular (MX) e as linhas de luz de espalhamento de pequeno ângulo são operadas por cientistas de ambas as instituições, que usam sua experiência para ajudar os pesquisadores do EMBL e cientistas visitantes a obter dados estruturais. As linhas de luz JSBG são um recurso extremamente valioso para a comunidade internacional de biologia estrutural.

Uma estreia tão esperada

Mais de um ano e meio atrás, o ESRF foi encerrado por 20 meses, durante o qual o anel síncrotron foi completamente reconstruído e atualizado para a primeira Fonte Extremamente Brilhante (EBS) - um projeto de € 150 milhões que vai de 2017 a 2022. Pouco depois de o novo anel ser concluído em janeiro de 2020, Os raios X estavam sendo produzidos de novo rotineiramente.

"Foi incrível que, uma vez que o novo síncrotron estava operacional, recuperamos o feixe e a coleta de dados em funcionamento em três dias! ", diz Matthew Bowler, da equipe McCarthy em EMBL Grenoble, e um dos cientistas responsáveis ​​por uma das linhas de luz JSBG.

Após um início de comissionamento bem-sucedido, o ESRF-EBS - e com ele as linhas de luz - teve que permanecer fechado mais uma vez por causa da pandemia COVID-19. Durante os últimos meses, o acesso excepcional foi concedido apenas a alguns usuários com projetos que contribuíram para o esforço científico internacional de pesquisa sobre COVID-19.

Com a inauguração de hoje, as inovações trazidas pelo projeto EBS estão finalmente sendo divulgadas para a comunidade científica. Além da construção de um novo anel de armazenamento, eles incluem um programa de atualização de instrumentação avançada, e melhoria de todas as linhas de luz de biologia estrutural do JSBG, notavelmente uma atualização significativa do MASSIF-1.

Um maior nível de ciência automatizada

MASSIF-1 é uma das sete linhas de luz operadas em conjunto pelo ESRF e EMBL Grenoble, e foi a primeira linha de luz automatizada do mundo. Matthew Bowler, e Didier Nurizzo do ESRF, explicar as vantagens do procedimento:"A linha de luz funciona 24 horas por dia. Pesquisadores enviam seus cristais congelados pelo correio, e os cientistas da linha de luz os carregam em um sistema de armazenamento criogênico de grande capacidade. As amostras são então analisadas pela linha de luz de forma totalmente automática. "

Este processo envolve um robô levando o cristal do armazenamento para o feixe, em seguida, algoritmos complexos localizam a amostra e decidem o protocolo experimental ideal. Uma vez que a análise começa, os usuários recebem um e-mail e podem ver seus dados sendo coletados remotamente e em tempo real.

"A automação é fantástica, "conclui Bowler." Ele fará o mesmo trabalho para todas as amostras, sejam quatro horas da tarde ou da manhã. "

Durante este ano, várias atualizações importantes estão sendo implementadas no MASSIF-1. Por exemplo, um microdifratômetro desenvolvido pela EMBL - um instrumento que pode colocar e girar um cristal no feixe de raios-X com uma precisão de um milésimo de milímetro - acaba de ser instalado. Numa fase posterior, a ótica que focaliza os raios X no cristal será adaptada ao novo feixe produzido pelo EBS, que é 100 vezes mais brilhante do que o feixe anterior.

Uma das atualizações mais importantes para a linha de luz será a introdução do robô FlexHCD. Este robô foi desenvolvido em conjunto pela equipe Ciprani, Equipe de Instrumentação da EMBL Grenoble, e a Divisão de Serviços de Instrumentação e Desenvolvimento do ESRF e os grupos de Biologia Estrutural. Este novo dispositivo de manipulação de cristal congelado aumentará substancialmente a velocidade de coleta de dados. "No momento, são necessários até seis minutos por amostra, "explica Nurizzo." A atualização vai duplicar ou triplicar a velocidade de processamento. "

Novas oportunidades experimentais

Antes que os cristais possam ser analisados ​​nas linhas de luz JSBG, eles precisam ser gerados em uma instalação de cristalização por meio de um processo completo e às vezes tedioso de triagem e otimização, que normalmente leva muito mais tempo do que os próprios experimentos de difração.

Outra atualização importante envolve o robô CrystalDirect, que foi desenvolvido em 2012 pela Equipe Cipriani e pela Equipe Marquez em EMBL Grenoble. Esta tecnologia permite a automação completa da montagem de cristal e resfriamento criogênico, facilitando a transferência de amostras entre a instalação de cristalização e o síncrotron.

Em sua nova forma, MASSIF-1 será operado em coordenação com o EMBL HTX Lab, que trará um novo nível de eficiência, particularmente em campanhas intensivas de triagem de fragmentos para descoberta de drogas. Além disso, durante 2021, um dos robôs CrystalDirect do Laboratório HTX será integrado ao ambiente da linha de luz MASSIF-1. Este será um grande passo à frente e permitirá a entrega de amostras diretamente da placa de cristalização para o feixe de raios-X. Todos esses desenvolvimentos manterão o EMBL e o ESRF na vanguarda das inovações em tecnologia de linha de luz MX no mundo para o benefício da biologia estrutural.