ニューヨーク大学医学部、ウィスコンシン大学ミルウォーキー大学、アルゴンヌ国立研究所の科学者を含むLCLSチームは、無傷のウイルス、ワクシニアウイルスの最初のX線レーザー散乱画像を記録することもできました。
Nature Communicationsの2つの論文で報告されている結果は、生物構造を探索するための強力な新しいツールとしてのX線レーザーの約束を示しています。
「X線レーザーを使用して、これらの2つの非常に重要なクラスの生物学的サンプルを画像化できるのはこれが初めてでした。これは、疾患を治療する新しい方法につながる可能性のある貴重な情報を保持することができました」
仕事を成し遂げるために、チームは、X線のウルトラライトの超微量パルスを提供するSLACのLinac Coherent光源（LCLS）でハードX線ビームにいくつかの調整を行う必要がありました。
課題の1つは、X線パルスが明るすぎて集中しており、繊細なサンプルと周囲のサンプルホルダーに損傷を与えたり破壊することを脅していることです。
「私たちのビームは通常、非常に細い人間の髪のサイズですが、ビームを100倍大きくしたため、サンプルからX線をより静かに散乱させて回折することができます」
また、研究者は、激しいX線ビームによって引き起こされる損傷を防ぐために、新しいサンプル調製技術を開発する必要がありました。レーザーのフラッシュはフェムト秒のみ（1秒の四分年分）のみ持続するため、損傷はわずか10秒以内に発生します。
シリアルフェムト秒の結晶学として知られる技術を使用して、科学者たちは、結晶に関する構造情報を含む散在するX線のパターンである豊富な回折パターンを作成するために、数千の小さな結晶で一度に激しいX線パルスを1つずつ発射しました。
「ほとんどの場合、最初のフラッシュがそれを破壊するため、各結晶で1つのX線パルスのみを発射しました」と、ニューヨーク大学医学部の研究共著者トーマス・ホワイトは言いました。 「その結果、各フラッシュは1つの回折パターンのみを生成しました。その後、すべてのパターンを組み合わせて、結晶の構造の3次元画像を再構築しました。」
この手法により、チームは光合成中に日光を化学エネルギーに変換する原因となる光化学系IIとして知られるタンパク質結晶の構造を解決しました。結果は、まだ得られた最小の光化学系II構造を表しています。
チームのワクシニアウイルスの散乱画像もいくつかの驚きを生み出し、サンプルのウイルスの一部が予期せぬ非常に対称的な立体構造であることを示しています。このタイプの立体構造は、ウイルスが宿主とどのように相互作用するかに影響を与え、抗ウイルス薬が標的とする可能性のあるアキレスのかかとを明らかにする可能性があります。
「これは、X線レーザーにより、研究者が今まで見たことのない生物学で物事を見ることができる方法のもう1つの素晴らしい例です」とSLACのディレクターであるMike Witherell氏は述べています。 「他の技術では見えないウイルスやタンパク質の詳細を覗くことにより、私たちは自然界をより深く理解するだけでなく、病気と戦い、再生可能エネルギーを生み出す新しい方法への扉を開いています。」
SLACのLCLSは2018年にアップグレードが予定されており、そのパワーを劇的に増加させ、さらに多くの生物学的イメージングの可能性を開きます。 SLACの将来のX線レーザーLCLS-IIの将来の楽器も、生物学的イメージングをサポートします。
この研究は、エネルギー科の科学局、国立衛生研究所、ウィスコンシン大学ミルウォーキー大学、ニューヨーク大学医学部によって資金提供されました。
