在最新的自然方法杂志上，国际科学家团队首次使用X射线自由电子激光解析原子水平上完整病*颗粒的结构。所使用的方法显著减少了所需的病*量，同时也使实验的速度比以前快几倍，正如DESY科学家AlkeMeents领导的研究小组在自然方法杂志上发表所描述那样，开启了完全新的时代。
在被称为结构生物学的领域，科学家解析生物分子的三维结构，以便了解它们的功能。这种知识增强了我们对生物体内发生的基本生物过程的理解，例如物质在细胞内进出的方式，也可用于开发新药。
英国DiamondLightSource钻石光源同步加速器生命科学总监DavidStuart解释说，“了解像蛋白质这样的分子的三维结构能够很好地洞察其生物学行为。”“一个例子是如何理解病*用于”结合“到细胞上的蛋白质的结构可能意味着我们能够为细胞设计防御，使病*不能攻击它。
X射线晶体学是迄今为止结构生物学家使用最多产的工具，已经揭示了数千个生物分子的结构。生长目的蛋白质的微晶，然后用高能X射线照射。晶体以特征方式衍射X射线，使得所得到的衍射图案可以用于在原子尺度上推导出晶体的空间结构，并因此推断其组分的空间结构。然而，例如，蛋白质晶体不像盐晶体那样稳定和坚固。它们难以生长，通常保持微小，并且容易被X射线损坏。
“X射线激光器开辟了蛋白质晶体学的新途径，因为它们的极强脉冲可用于分析甚至非常微小的晶体，使用其他X射线源不会产生足够亮的衍射图像。”钻石光源的ArminWagner说道。然而，这些微晶中的每一个只能在X射线脉冲的结果蒸发之前产生单个衍射图像。为了进行结构分析，尽管需要数百甚至数千个衍射图像。因此，科学家因此通过脉冲X射线激光注入细小的蛋白晶体液体射流，从而释放极短的脉冲串的快速序列。每次X射线脉冲碰到微晶时，产生并记录衍射图像。
该方法非常成功，已被用于确定超过80种生物分子的结构。但是，大部分样品都是浪费的。美国自由电子激光科学中心（CFEL）驻汉堡的Meents说：“命中率通常小于脉冲的百分之二，所以大多数珍贵的微晶体最终在收集容器中未被使用，DESY，汉堡大学和德国马克斯·普朗克社会的合作。因此，标准方法通常需要几小时的波束时间和大量的样品材料。
为了更有效地使用有限的射束时间和珍贵的样品，团队开发了一种新的方法。科学家们使用含有数千个细孔的微图案芯片来保持蛋白质晶体。然后，X射线激光器逐行扫描芯片，理想地，这允许针对激光器的每个脉冲记录衍射图
研究团队在美国SLAC国家加速器实验室使用LCLSX射线激光测试了两种不同病*样本的方法，每秒产生个脉冲。他们用小肠牛病*2（BEV2）微量的微晶装载他们的样品架，这种病*可能导致牛流产，死胎和不育症，而且很难结晶。
在这个实验中，科学家们获得了一个命中率-其中X射线激光成功地将晶体瞄准了高达9％。在短短14分钟内，他们收集了足够的数据来确定病*的正确结构-这已经是从其他X射线光源的实验已知的，低至0.23纳米（百万分之一毫米）。
“据我们所知，这是第一次使用X射线激光确定完整病*颗粒的原子结构，”Meents指出。“而其他X射线光源的早期方法需要总体积为3.5纳升的晶体，因此我们使用的晶体数量减少了十倍以上，总体积仅为0.23纳升。
该实验在室温下进行。同时冷却蛋白质晶体会在一定程度上保护它们免受辐射损伤，当使用极其敏感的病*晶体时，这通常是不可行的。然而，分离的病*蛋白质的晶体可以被冷冻，并且在第二次测试中，研究人员研究了构成病*闭塞体的病*性多角体蛋白，用于多达数千种某些物种的病*颗粒。病*颗粒使用这些容器来保护自身免受环境影响，因此能够保持完整的时间更长的时间。
对于第二次测试，科学家用多角体蛋白晶体加载芯片，并使用X射线激光器对其进行检查，同时将芯片保持在低于零下摄氏度的温度。在这里，科学家的命中率达到了90％。仅仅十分钟，他们记录了足够多的衍射图像，以确定蛋白质结构在0.24纳米以内。“对于多角体蛋白的结构，我们只需要扫描一个装满四微克蛋白质晶体的单芯片，比通常需要的量少一个数量级，”Meents解释说。
“我们的方法不仅减少了所需样品的数据采集时间和数量，还为X-ray激光打下了分析整个病*的机会。”Meents总结道。科学家现在希望将芯片的容量提高10倍，从22,个增加到20万个微孔，并将扫描速度进一步提高到每秒个样本。这将更好地利用新的X射线自由电子激光器欧洲XFEL的潜力，该XFEL在汉堡地区正式投入运行，每秒可产生27,次脉冲。此外，下一代芯片将仅暴露目前正在分析的微孔，以防止剩余的晶体被来自X射线激光器的散射辐射损坏。
东芬兰大学，东芬兰大学，瑞士保罗·谢勒研究所，美国劳伦斯伯克利国家实验室和SLAC的研究人员也参与了研究。钻石科学家与DESY团队合作，在DiamondI02和I24光束线上完成了微图案芯片的大部分开发和测试。
关于钻石光源：
钻石光源是英国的同步加速器科学设施，大约是温布利球场的大小。它像一个巨大的显微镜一样工作，利用电子的力量产生明亮的光，科学家们可以用来研究从化石到喷气发动机到病*和疫苗的任何东西。钻石是世界上最先进的科学设施之一，其开创性的能力正在帮助英国成为科学研究的前沿。年是钻石双重庆祝活动，自公司成立至今已有十五年，十多年的研发创新。在这个时候，在钻石获得数据的研究人员撰写了超过0篇论文。
关于DESY：
DeutschesElektronen同步加速器DESY是世界领先的粒子加速器中心之一。研究人员使用DESY的大型设施来探索所有种类的缩影，从微小的基本粒子的相互作用到创新的纳米材料和生物分子的行为到宇宙的基本奥秘。DESY在汉堡和Zeuthen的地点开发和建造的加速器和探测器是科学研究的独特工具。DESY是德国最大的科学组织亥姆霍兹协会的成员，并获得德国联邦教育和研究部（BMBF）（90％）和德国联邦国家汉堡和勃兰登堡（10％）的资助。
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