뉴욕 대학교 의과 대학의 과학자, 위스콘신-밀워키 대학교 및 Argonne National Laboratory의 과학자들이 포함 된 LCLS 팀은 또한 가장 작은 박테리아의 크기에 관한 온전한 바이러스 인 Vaccinia 바이러스의 최초의 엑스레이 레이저 산란 이미지를 기록했습니다.
Nature Communications의 두 논문에서보고 된 결과는 생물학적 구조를 탐색하기위한 강력한 새로운 도구로서 엑스레이 레이저의 약속을 보여줍니다.
SLAC 직원 과학자 인 Henrik Lemke는“이것은 우리 가이 두 가지 중요한 두 가지 생물학적 샘플의 생물학적 샘플을 이미지화하여 질병을 치료할 수있는 새로운 방법으로 이어질 수있는 귀중한 정보를 보유 할 수있는 것은 이번이 처음이었다”고 말했다.
작업을 완료하기 위해 팀은 SLAC의 LINAC Coherent Light Source (LCLS)의 하드 X- 레이 빔을 몇 가지 조정해야했으며, 이는 초로 X- 레이트의 초고트 펄스를 제공합니다.
한 가지 문제는 X- 선 펄스가 너무 밝고 집중되어 섬세한 샘플과 주변 샘플 홀더를 손상 시키거나 파괴하겠다고 위협한다는 것입니다.
LCLS 악기 과학자이자 연구 공동 저자 인 Schuyler Brown은“우리의 빔은 일반적으로 매우 얇은 인간 모발의 크기에 관한 것이지만, 우리는 빔을 백 배 더 크게 만들어서 샘플에서 X- 레이를 더 부드럽게 흩어지고 회절 할 수있게 만들었습니다.
연구원들은 또한 강렬한 X- 선 빔으로 인한 손상을 방지하기 위해 새로운 샘플 준비 기술을 개발해야했습니다. 레이저의 플래시는 펨토초 (1 초반) 만 지속되기 때문에 손상은 10 분의 1 초 안에 발생합니다.
과학자들은 연속 펨토초 결정학으로 알려진 기술을 사용하여 수천 개의 작은 결정에서 한 번에 하나씩 강렬한 X- 선 펄스를 발사하여 결정에 대한 구조적 정보를 포함하는 산란 된 X- 레이의 풍부한 회절 패턴을 만듭니다.
뉴욕 대학교 의과 대학의 공동 저자 인 토마스 화이트 (Thomas White)는“대부분의 경우, 첫 번째 플래시가 파괴 될 것이기 때문에 각 크리스탈마다 하나의 X- 선 펄스 만 발사했습니다. "결과적으로, 각 플래시는 하나의 회절 패턴 만 생성했습니다. 그런 다음 모든 패턴을 결합하여 결정 구조의 3 차원 이미지를 재구성했습니다."
이 기술을 통해, 팀은 광합성 동안 햇빛을 화학 에너지로 변환하는 데 도움이되는 Photosystem II로 알려진 단백질 결정의 구조를 해결했습니다. 결과는 아직 얻은 가장 작은 광 시스템 II 구조를 나타냅니다.
이 팀의 Vaccinia 바이러스의 흩어져있는 이미지는 또한 약간의 놀라움을 일으켰으며, 샘플의 일부 바이러스가 예상치 못한 대칭 적 형태에 있음을 보여줍니다. 이러한 유형의 형태는 바이러스가 숙주와 상호 작용하는 방식에 영향을 줄 수 있으며 항 바이러스 약물에 의해 표적화 될 수있는 Achilles의 발 뒤꿈치를 나타낼 수 있습니다.
SLAC 이사 인 Mike Witherell은“이것은 X-ray 레이저가 연구원이 이전에 본 적이없는 생물학에서 사물을 볼 수있는 방법의 또 다른 훌륭한 예입니다. "다른 기술로는 보이지 않는 바이러스 나 단백질의 세부 사항을 들여다함으로써, 우리는 자연 세계에 대한 더 깊은 이해를 얻을뿐만 아니라 질병과 싸우고 재생 가능한 에너지를 만드는 새로운 방법의 문을 여는 것입니다."
SLAC의 LCLS는 2018 년 업그레이드로 예정되어 있으며, 이로 인해 전력이 극적으로 증가하여 더 많은 생물학적 영상 가능성을 열게됩니다. SLAC의 미래 X- 선 레이저 인 LCLS-II의 미래 기기도 생물학적 영상화를 지원할 것입니다.
이 연구는 에너지 과학국, 위스콘신-밀워키 대학교 및 뉴욕 대학교 의과 대학에 에너지 과학 사무소, 국립 보건원 (National Institutes of Health), 뉴욕 대학교 의과 대학에서 자금을 지원했습니다.
