3D打印遇上CRISPR Cas9

客人的博客

3D建模CRISPR CAS9该职位由MSOE生物分子建模的MSOE中心主任Tim Herman以及3-D分子设计的首席执行官贡献。

你曾经把你最喜欢的蛋白质捧在手里吗?事实上,你有没有拿过模型你手上最喜欢的蛋白质?在3 d分子设计,我们使用3D打印技术创建蛋白质的物理模型。我们公司的口号是“......分子变得真实”.我们有时会忘记,我们创建的模型比真实的模型大大约3000万倍。尽管如此,这些模型还是很有说服力的,我鼓励你持有一个。

为什么我们需要蛋白质结构的物理模型?

结构生物学家一直努力在平面二维图像中有效地传达蛋白质结构的细微差别。在结构生物学的早期,拜伦·鲁宾,一个与简·理查森一起工作的晶体学家,提供了这个问题的初步解决方案拜伦的本德-可以用来弯曲1/8的机械装置th根据原子坐标,用几英寸的钢丝制成蛋白质的主干结构。

这些电线型号非常有用的是,它们不仅追溯了三维空间中蛋白质的骨干的3-D路径,而且它们的灵活性和jiggly性质表明蛋白质的动态性质。BENDER的受欢迎程度是短暂的,因为强大的分子图形包很快就开发了允许研究人员创造出令人惊叹的蛋白质的互动图像。

自20世纪80年代以来,期刊文章中充斥着令人印象深刻的蛋白质全彩图像。但它们仍然是平的。要真正欣赏这些蛋白质的三维结构,需要下载结构原子坐标的pdb文件,并用分子查看软件“打开”这些结构。事实上,这种情况很少发生。但是如果你有机会阅读这些结构论文——手里拿着一个蛋白质的物理模型——你就会明白物理模型的威力。在那之前,你只能好奇我在说什么。

研究人员如何使用蛋白质结构的物理模型?

在过去的15年里,我们一直在为研究人员创建蛋白质的物理模型。当我们有幸亲手提供模型时,接下来的一系列事件就会发生:研究人员中断与房间里任何其他人的目光接触。他们的眼睛集中在模型,他们翻来覆去地在他们的手中。然后他们开始自言自语,将模型上显示的特征与他们对蛋白质的心理模型进行比较。在审问过程中的某个时候,他们几乎总是会说这样的话:哦,我不太喜欢……”

例如,当Tom Steitz向他展示一个巨大的核糖体亚基的物理模型时,他一直用手掌在蛋白质的表面滑动,在那里新生成的多肽从出口通道中出现。然后他说:我没有意识到这个表面上的复杂程度是多么平坦“…复合体在内质网的膜上停靠。而研究生们,暂时忘记了物理模型是建立在他们自己的蛋白质结构模型的基础上,通过实验确定电子密度,已经知道说一些愚蠢的事情,比如看这里,精氨酸53真的在这里,在螺旋3的末端,就像我们说的那样”。眼见为实。从这个意义上说,模型既可能有用,也可能危险。

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教育者和学生如何使用分子模型?

我们创造了生物分子建模中心(CBM),其目的是创建蛋白质和其他分子结构的物理模型,用于生物科学教育者的专业发展计划。使用这些动手操作的工具,教育工作者把他们的学生介绍到这个原本看不见的分子世界。对于学生来说,这些模型迫使他们放慢脚步,把注意力集中在一些有形的东西上。在训练有素的教育者的指导下,这些集中注意力的实例成为神奇的教学时刻。这些模型就像思考工具一样,引发出诸如“这个模型代表什么?”...这种蛋白质在人体内是如何发挥作用的?……也许最重要的是……”我们是怎么知道的?

在过去的15年里,CBM已经形成了一个以学生为中心的模式智能团队建模程序由学生组成的小组与当地研究人员密切合作,了解他们的研究,同时创建他们实验室中正在研究的蛋白质的物理模型。

在我们开始与生物分子建模中心的教育工作者合作后不久,我们创立了一个小型的、家族经营的企业——3D分子设计——将我们与教师合作的一些最好的教学材料商业化,并为研究人员创建定制的蛋白质模型。

建模CRISPR

CRISPR建模我们很兴奋雅各玉米2014年联系我们,问我们是否可以根据发表的结构做一个Cas9的模型马丁Jinek集团.我们已经建立了这种蛋白质的初始模型,但是非常困惑,因为HNH核酸酶的活性位点甚至没有接近其在互补DNA链上的剪切位点。这就是为什么我们喜欢和研究人员一起研究模型。当我们进入一个新的建模项目时,我们所拥有的一点知识可能是一件危险的事情。幸运的是,Jacob能够很快解释这是常识CRISPR这个第一个Jinek结构捕捉到的蛋白质构象不“准备分裂”。Jacob通过计算将非模板链添加到Jinek结构中,从而得到的物理模型是一个有效的教学工具。你可以读到Jacob对这个模型的最初反应他的博客.或者,描述这个模型如何有效地解释CRISPR技术th平地机,退房詹妮弗Doudna的新书创作裂缝

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通过灵活性使模型更有用

蛋白质建模这是教育界的常识所有的模型都是错误的....有些模型是有用的。虽然蛋白质的物理模型可能很好地代表蛋白质的一个方面,但它几乎肯定会不会传达结构的其他方面。虽然这个第一个Cas9型号肯定是有用的,但至少一种认真的方式也是错误的。我们以岩石硬,不灵活的石膏制成的表面形式代表了Cas9蛋白。结果,该模型通常模糊了所有蛋白质的灵活性,并且Cas9蛋白必须具有令人惊叹的构象灵活性,以沿着双链DN扫描一个,识别PAM序列允许引导RNA和靶DNA链之间的互补碱基配对然后激活两个不同的核酸内切酶活性位点。

幸运的是,蛋白质从来都不是只有一种模型。我们现在有了Cas9的另一个模型——一个由尼龙制成的灵活的碳骨架模型——它更准确地表明了这种蛋白质发生构象转移的可能性。Cas9的这个主干模型是基于江富国Cas9的结构-为卵裂准备。该结构捕获了被置换的非目标DNA链,并显示了HNH核酸酶结构域在目标DNA链上的剪切位点附近的近并摆动。此外,该模型还显示了几种Lys/Ala突变Ian Slaymaker和他的同事减少一个脱离目标的命中合理工程Cas9,提高特异性.把这个灵活的模型拿在手里一段时间,你就会在半夜醒来,梦见这个蛋白质在询问你的基因组时必须经历的构象体操。

如果您有兴趣近距离亲身体验Cas9,请访问3D分子设计网站.或如果你正在访问当地的教室或试图向公众解释你的科学,访问生物分子建模中心网站来看看我们的动手教学工具这些工具是为学生设计的让分子世界变得真实的工具。


非常感谢我们的嘉宾博客蒂姆·赫曼!

蒂姆Herman.jpgTIm Herman是MSOE生物分子建模中心的主任和3d分子设计的首席执行官。

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主题:科学共享教育

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