Orientera exploderande proteinmolekyler

Projekttitel: Orientera exploderande proteinmolekyler
Huvudsökande: Carl Caleman, avdelningen för molekyl- och kondenserade materiens fysik
Beviljade medel: 12 000 000 SEK för perioden 2019-2024
Finansiär: Konsolideringsbidrag från Vetenskapsrådet

Atomäravbildning av biologiska molekyler med hjälp av de korta, extremt fotonrika, röntgenpulserna från en röntgenlaser har identifierats som ett möjligt sätt att kringgå den konventionella metoden att använda sig av kristallina prover. Att använda enskilda molekyler i motsats till kristaller (vilket görs vid konventionella synkrotronbaserade röntgenkällor idag) skulle göra det möjligt att på atomärnivå studera även prover som är besvärliga eller omöjliga att kristallisera; så som exempelvis vissa medicinskt relevanta klasser av proteiner, viruspartiklar och kanske till och med enskilda celler.

Då man placerar ett prov i den extrema strålning som en röntgenlaser generar slår fotonerna ut elektronerna ur deras banor och provet joniseras mycket kraftigt. Laddningarna leder till krafter i molekylstrukturen, vilket får molekylen att explodera. Med andra ord är röntgenpulserna vi vill använda för atomstrukturbestämningen så pass intensiva att de förstör just den strukturen som de var menade att avbilda. För att lyckas med atomstrukturbestämning av denna typ av prover, måste vi skaffa oss en bättre förståelse för strålskadeprocessen i samband med dessa experiment. Vi måste lära oss mer om hur vi bäst kan genomföra experimenten för att dämpa strålskadan, och på vilket sätt atomstrukturen förändras under experimentet.

Med hjälp av en unik kombination av mätinstrument kommer vi att experimentellt bestämma färdriktning på de joner och i vissa fall elektroner som produceras då provet exploderar. Dessa partiklars energi och bana speglar atom- och elektronstrukturen i provet då det träffades av röntgenpulsen. Detta kommer att hjälpa oss att förstå vad som sker i explosionsögonblicket. Denna information kommer vi att använda dels för att förbättra våra modelleringsverktyg, men också för att förbättra rekonstruktionen från detektorbild till biologisk struktur. Genom att bättre förstå hur den atomära strukturen påverkas under experimentet kommer vi att utveckla, förbättra och förenkla rekonstruktionen, men också designa experiment så att vi så mycket som möjligt kan undvika, eller fördröja, strålskadan. Vi kommer på detta sätt att kunna bidraga till utvecklingen av denna mycket lovande atomstrukturbestämningsmetod, vilket kommer att vara strukturbiologin, så väl som den medicinska vetenskapen, och i förlängningen även samhället till nytta.