2021年4月23日
在这里,我们提出了一种用于低温样品制备和将晶体转移到金刚石光源光束线I23上的真空终端站的方案,用于长波长高分子X射线晶体学实验。
长波长大分子晶体学利用蛋白质和核酸中天然存在的光原子的异常信号。该技术用于实验解决晶体学面问题,并确定这些元素的身份和位置。钻石光源的光束线I23是一种独特的同步加速器仪器,针对长达五埃的长波长实验进行了优化。
它允许访问具有高生物学相关性的元素的吸收边缘,例如钙,钾,氯,硫和磷。由于在长波长条件下空气对X射线的显着吸收,这些实验是在真空环境中进行的。为了将样品保持在真空环境中的低温,晶体安装在专用的导热样品架上。
从液氮到真空终端站的低温样品转移与低温电子显微镜中使用的技术非常相似。该协议介绍了使用金刚石光源开发的工具和设备将晶体转移到真空环境中的程序。首先将盖子与CombiPuck的底部分开,使样品架保持附着在底座上,并将小瓶保留在盖子中。
将盖子与小瓶浸入液氮中,然后将样品架和适配器连接到磁棒上并收获晶体。将每个样品直接冲洗到CombiPuck中,并注意样品位置。要关闭冰球,请使用冰球棒将底座连接到盖子上。
将CombiPuck从液氮转移到干式托运人或储存。将已经填充了空转移块的块状冰球的底部放在泡沫容器中的支撑底座上,然后填充液氮。然后,将CombiPuck放入充满液氮的泡沫容器中,确保冰球的底部固定在泡沫容器内的磁性支架上。
在液氮中预冷所有必要的工具。然后,在高设置下使用圆盘分离器工具将盖子与底座分开,使底座保持附着在磁性支架上,将样品支架暴露在液氮中。将分离器棒放在样品架和适配器上,尽可能向下,确保棒是垂直的。
用拇指向下移动分离器棒上的小拉杆,直到它发出咔哒声以将样品架固定在内部,然后从适配器中拉出样品架。将分离器降低到所需的传输块位置,确保三个插脚中的一个适合传输块的中心孔。通过向上移动拉杆来释放样品架。
要将样本加载到下一个传输块中,请使用轮播键工具将空传输块旋转到水平位置。转移所有样品架后,通过将盖子置于液氮中来关闭块状圆盘。等待温度平衡,然后将盖子盖在底座上并轻轻提起以从转盘中释放出来。
将班车连接到车站。打开氮气和空气阀,确保气体流动。然后,打开云审计系统。
用液氮冷却浴槽和梭子。将提供的漏斗放在穿梭机上的灌装口中,然后缓慢地将液氮倒入漏斗中,同时监测屏幕上的水平。当指示灯从红色变为蓝色时停止。
使用漏斗用液氮填充浴槽。使用随附的圆盘分离器工具将块状圆盘从液氮转移到CTS浴槽。取下块状冰球的盖子,然后合上CTS浴缸的盖子。
要将转移块引入航天飞机,请顺时针旋转90度以解锁航天飞机手柄,然后将其推向浴缸,以便手柄上的引导轨道强制执行正确的行驶路径。冷却块盖后,向前推进手柄以将块引入穿梭机。要将传输块锁定到穿梭机上,请将手柄顺时针旋转 180 度。
将手柄缩回原来的后部位置,并通过逆时针旋转 90 度将其锁定到位。按显示屏上的关闭穿梭阀泵以开始穿梭阀抽真空。一旦消息 Shuttle 准备移动和不要移动杆,阀门关闭显示在触摸屏上,按下穿梭车下方的拉杆,然后使用顶部的手柄小心地抬起它。
将穿梭机直立到真空端站上的气闸上并安装。通过按下触摸屏上的相应按钮并将样品酒店移动到正确的装载位置,选择容器内的空块位置。一旦样品酒店就位,按"打开"按钮启动真空联锁序列。
序列完成后,状态更改为气闸打开,在穿梭车中,顺时针旋转手柄90度以解锁杆。轻轻地将杆推入容器中,以便引导轨道执行前往样品酒店的正确路径。使用屏幕上显示的视频源缓慢地将转移块插入酒店以获得指导,确保触摸显示屏上的块位置图标已激活。
激活后,逆时针旋转手柄180度,以释放传输块并将杆拉出容器。完全缩回后,逆时针旋转手柄 90 度以锁定杆。按下"关闭"按钮关闭终端站真空阀,并将穿梭车和容器之间的空间排出到大气压。
当气闸显示屏显示"OK"状态以分离时,卸下穿梭机。将穿梭车返回CTS浴槽,然后按打开穿梭阀以在上样前排空穿梭机。一旦红绿灯为绿色并显示"OK"移动杆消息,就可以将下一个转机块引入穿梭车。
要准备下一个转移块,请在浴缸内旋转块冰球。将亚克力盖顶部的内置旋转键向下推入块冰球中心的锁中。按住它的同时,转动钥匙将所需的传输块定位在拾音器位置。
转移完所有块后,确保穿梭阀已打开,按触摸屏上的"烘烤"按钮,同时选择"浴"和"穿梭机",然后按"开始烘烤"。金刚石光源处的长波长大分子晶体学光束线 I23 可以接触到具有高生物重要性的元素(如钙、钾、氯、硫和磷)的吸收边缘,从而产生增强的异常信号,可用于在大分子内对这些元素进行相位或定位。从波长为2.75埃的单个thaumatin晶体收集衍射数据,选择作为增加的异常信号和更长波长下的样品吸收效应之间的折衷。
真空设置确保只有样品散射的X射线到达探测器,从而在布拉格反射周围提供低背景。数据集产生非常强的异常信号,通过自动相位管道CRANK2进行结构求解。所得电子密度图的高质量使得成功的自动模型构建成为可能,并正确放置了100%的thaumatin氨基酸序列。
thaumatin中的16个半胱氨酸残基形成八个二硫桥,这些桥在电子密度图中都清晰可见。由于真空中长波长蛋白质晶体学是一个新领域,我们开发了新的样品处理工具和设备。该协议指导用户将样品安全地转移到金刚石光源光束线I23上的真空终端站。
真空环境为在其他光束线无法达到的波长范围内进行衍射实验提供了独特的机会。长波长X射线晶体学能够直接从天然晶体中对大分子进行实验阶段。它还允许明确地鉴定与分子结合的离子。
本文介绍了一个详细的协议,用于低温样品制备和将晶体转移到Diamond Light Source I23光束线上的真空端站。重点是长波长大分子X射线晶体学实验,这些实验利用生物大分子中轻原子的异常信号。
In-vacuum long-wavelength macromolecular crystallography on beamline I23 enables direct experimental phasing and native ion identification in proteins and nucleic acids, eliminating the need for external labeling. This capability enhances predictive confidence in structural biology, supporting early discovery and target validation inflection points across biopharma portfolios. The protocol's reproducibility and data quality facilitate risk-adjusted advancement of structural targets for downstream drug discovery.
This protocol integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing to lead identification and preclinical validation, leveraging in-vacuum crystallography for high-confidence structural outputs.