ఒక సమయంలో లేదా మరొక సమయంలో, మనలో చాలా మంది ఫ్లిప్‌బుక్‌తో ఆడాము, కదలికల భ్రమను సృష్టించడానికి చిత్రాల శ్రేణిని వేగంగా తిప్పడానికి మా బొటనవేళ్లను ఉపయోగించి ఆడాము.
కణాల లోపల అల్ట్రాఫాస్ట్ పరమాణు ప్రక్రియలను అధ్యయనం చేయడానికి శాస్త్రవేత్తలు ఇదే పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు. వేర్వేరు సమయ బిందువులలో అణువుల యొక్క అధిక-రిజల్యూషన్ చిత్రాలను కలపడం ద్వారా, పరిశోధకులు వాటి కదలికను చూడటానికి పరమాణు ఫ్లిప్‌బుక్‌ను సృష్టించవచ్చు – కణాలు ఎలా పనిచేస్తాయో అర్థం చేసుకోవడంలో కీలక భాగం.
సంవత్సరాలుగా, వివిధ అణువుల కోసం ఈ ఫ్లిప్‌బుక్‌ల యొక్క మరిన్ని పేజీలు పూరించబడ్డాయి, అయితే కణాల లోపల అణువులు ఎలా కదులుతాయో అసంపూర్ణ వీక్షణను అందిస్తూ ఇంకా చాలా పేజీలు లేవు.
ఇప్పుడు, HHMI యొక్క జానెలియా రీసెర్చ్ క్యాంపస్‌లో అభివృద్ధి చేయబడిన కొత్త టెక్నిక్ శాస్త్రవేత్తలు ఈ తప్పిపోయిన పేజీలను పూరించడానికి మరియు కణాల లోపల అణువుల కదలికను మునుపెన్నడూ లేని విధంగా బహిర్గతం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. జనీలియాలోని లిప్పిన్‌కాట్-స్క్వార్ట్జ్ ల్యాబ్ నేతృత్వంలోని బృందం రైబోజోమ్‌ల కదలికను అపూర్వమైన వివరంగా వెలికితీసేందుకు హై-రిజల్యూషన్ టెంప్లేట్ మ్యాచింగ్ లేదా HRTM అని పిలిచే సాంకేతికతను ఉపయోగించింది — కణాల లోపల ప్రోటీన్‌లను సంశ్లేషణ చేసే పరమాణు నిర్మాణాలు.
రైబోజోమ్‌లు ఆకృతీకరణ స్థితిలో మార్పులకు లోనవుతాయి, విభిన్నమైన, చక్కగా ఆర్కెస్ట్రేటెడ్ భంగిమలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి నిర్మాణం యొక్క రెండు ఉపభాగాల ద్వారా RNA యొక్క తంతువులను అందించడానికి అనుమతిస్తాయి, ఇక్కడ RNA ద్వారా సూచించబడిన సూచనలను ప్రోటీన్‌లలోకి చదవడం మరియు అనువదించడం — ఈ ప్రక్రియను పొడుగు అని పిలుస్తారు.
హెచ్‌ఆర్‌టిఎమ్‌ని ఉపయోగించి, పరిశోధకులు మొత్తం పొడుగు చక్రాన్ని కవర్ చేసే 41 విభిన్న ఆకృతీకరణ స్థితులలో రైబోజోమ్‌లను గుర్తించగలిగారు. ఈ సీక్వెన్స్‌లను ఫ్లిప్‌బుక్‌లో కలపడం ద్వారా, పరిశోధకులు 3D చలనచిత్రాన్ని సృష్టించారు, ఇది పొడుగు ప్రక్రియ ద్వారా రైబోజోమ్ కదులుతున్నట్లు చూడడానికి వీలు కల్పిస్తుంది, ఇది పొడుగు ఎలా జరుగుతుందనే దానిపై ఆధారాలను అందించే మునుపెన్నడూ చూడని కదలికలను వెల్లడిస్తుంది.
“అణు వివరాల వద్ద రైబోజోమ్ మరియు దాని బంధన భాగస్వాముల కదలికను మనం చూస్తున్నాము” అని జానీలియా సీనియర్ గ్రూప్ లీడర్ జెన్నిఫర్ లిపిన్‌కాట్-స్క్వార్ట్జ్ చెప్పారు, జానీలియా యొక్క 4D సెల్యులార్ ఫిజియాలజీ రీసెర్చ్ ఏరియా అధిపతి మరియు కొత్త పరిశోధనపై సీనియర్ రచయిత.
పూర్తి చిత్రాన్ని పొందడం
HRTMని 2017లో జానీలియా రీసెర్చ్ సైంటిస్ట్ పీటర్ రిక్‌గౌర్, మాజీ జనీలియా సీనియర్ ఫెలో విన్‌ఫ్రైడ్ డెంక్ మరియు మాజీ జానీలియా గ్రూప్ లీడర్ మరియు ప్రస్తుత HHMI ఇన్వెస్టిగేటర్ నికోలస్ గ్రిగోరిఫ్ అభివృద్ధి చేశారు.
ప్రస్తుత ఇమేజింగ్ పద్ధతులు అణువుల యొక్క 3D చిత్రాలను పొందేందుకు పరిశోధకులను ఎనేబుల్ చేసినప్పటికీ, ఈ పద్ధతులు కణాల వెలుపల అణువులను సంగ్రహించాయి లేదా చాలా చిన్న పరమాణు లక్షణాలను గుర్తించలేకపోయాయి. రైబోజోమ్‌ల యొక్క విభిన్న కన్ఫర్మేషనల్ స్థితులను పునర్నిర్మించడానికి, పరిశోధకులు చాలా చిత్రాలను సగటున కలపవలసి ఉంటుంది, ఇది వేగవంతమైన, అరుదైన కాన్ఫిగరేషన్‌లను కోల్పోతుంది. ఫలితంగా, ఈ పద్ధతులు పరిశోధకులకు రైబోజోమ్‌ల ఆకృతీకరణ స్థితులలో కొన్నింటిని మాత్రమే చూడగలిగేలా చేశాయి, అయినప్పటికీ చాలా ఎక్కువ ఉన్నాయని వారికి తెలుసు.
“మీరు పూర్తి చిత్రాన్ని పొందలేకపోయారు,” అని కొత్త పరిశోధనకు నాయకత్వం వహించిన రిక్‌గౌర్ చెప్పారు. “మీ దగ్గర ఫ్లిప్‌బుక్‌లోని ప్రతి పదవ పేజీ ఉన్నట్లుగా ఉంది.”
ఈ ఇతర పద్ధతుల వలె, HRTM చెక్కుచెదరకుండా ఘనీభవించిన కణాల ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ చిత్రాలను ఉపయోగించుకుంటుంది. కానీ ఈ కణాల లోపల ఉన్న అణువుల యొక్క 3D చిత్రాలను సంగ్రహించడానికి బదులుగా, HRTM సెల్ యొక్క వివిధ ప్రాంతాలలోని 2D చిత్రాలలో పరమాణు లక్షణాలను గుర్తిస్తుంది.
ప్రతి చిత్రంలో ఆసక్తి ఉన్న అణువులను కనుగొనడానికి, పరిశోధకులు అణువు యొక్క 3D నిర్మాణం గురించి తెలిసిన సమాచారం ఆధారంగా వారు వెతుకుతున్న దాని యొక్క అనుకరణ లక్ష్యాలను సృష్టిస్తారు. వారు ఈ లక్ష్యాల కోసం 2D చిత్రాలను, ఏదైనా ప్రదేశంలో లేదా ఏదైనా ధోరణిలో శోధించడానికి కంప్యూటర్‌ను ఉపయోగిస్తారు.
సరిపోలిక కనుగొనబడినప్పుడు, నిర్మాణం మరియు దాని స్థానం మరియు ధోరణి రికార్డ్ చేయబడతాయి. పరిశోధకులు ఈ మ్యాచ్‌లను ఒకదానితో ఒకటి కలపడం ప్రారంభిస్తారు. కొత్త పరిశోధనలో, వివిధ కాన్ఫిగరేషన్‌లలో రైబోజోమ్‌లను నిర్మించడానికి ఈ మ్యాచ్‌లు ఉపయోగించబడ్డాయి. చివరికి, పరిశోధకులు ఈ చిత్రాలను కలిపి రైబోజోమ్ యొక్క అతుకులు లేని 3D చలనచిత్రాన్ని పొడిగింపు చక్రంలోని అన్ని విభిన్న ఆకృతీకరణల ద్వారా సృష్టించారు.
పొడుగు చక్రం యొక్క ఫ్లిప్‌బుక్ చలనచిత్రం పరిశోధకులు రైబోజోమ్ మరియు దాని కట్టుబడి ఉన్న లిగాండ్‌ల కదలికలను ట్రాక్ చేయడానికి అనుమతించింది. వారు అంతర్-సబ్యూనిట్ బ్రిడ్జ్ ప్రోటీన్‌ల యొక్క మృదువైన వంపు కదలికను మరియు రైబోజోమ్-బైండింగ్ సైట్‌ల మధ్య tRNA యొక్క స్ప్రింగ్-వంటి పరివర్తనలను గమనించగలిగారు, ఇవి గతంలో కణాలలో కనిపించలేదు మరియు పొడుగు వెనుక ఉన్న పరమాణు విధానాల గురించి ఆధారాలను వెల్లడించగలవు.
రైబోజోమ్‌లు ఎలా పనిచేస్తాయో పరిశోధకులకు బాగా అర్థం చేసుకోవడంలో సహాయపడటంతో పాటు, కొత్త పరిశోధన కణాల లోపల పరమాణు చలనాన్ని గుర్తించడానికి HRTMని ఉపయోగించే మొదటి పరీక్షను కూడా అందిస్తుంది. ఇతర రకాల పరమాణు కదలికలను ట్రాక్ చేయడానికి మరియు సెల్యులార్ వాతావరణంలో ఫార్మాస్యూటికల్ లక్ష్యాలను బంధించడం వంటి పరస్పర చర్యలను అధ్యయనం చేయడానికి ఈ సాంకేతికతను ఉపయోగించవచ్చు.
“ఇది నిజంగా ఉత్తేజకరమైనదని నేను భావిస్తున్నాను ఎందుకంటే ఇది కణాలలో వివిధ రకాల మాలిక్యులర్ కాంప్లెక్స్‌ల స్ట్రక్చరల్ డైనమిక్స్‌ను అధ్యయనం చేయడానికి రోడ్‌మ్యాప్‌ను అందిస్తుంది” అని లిపిన్‌కాట్-స్క్వార్ట్జ్ చెప్పారు.
