Structure biologique est une discipline scientifique qui décortique les secrets de la structure moléculaire d’un organisme et sa relation avec les phénomènes de la vie. Il est comme une lumière qui éclaire les ténèbres de la complexité biologique, révélant les mystères de la vie avec des détails extraordinaires à l’échelle moléculaire.
L’étude de la biologie structurale nous emmène dans un monde très petit, à l’échelle nanométrique angström. À titre d’illustration, une mèche de cheveux humains a un diamètre d’environ 70 à 100 000 nanomètres.
Cependant, aux niveaux atomique et moléculaire, la structure est beaucoup plus complexe. À titre de comparaison, le diamètre d’un atome d’hydrogène n’est que d’environ 0,1 angström. Dans ce paysage, on peut comprendre entrelacement d’atomes— le fondement de la vie pour tous les organismes sur Terre plus en détail.
Les observations en biologie structurale deviennent plus approfondies lorsque nous réalisons l’importance de comprendre le fonctionnement des cellules au niveau moléculaire. Derrière chaque processus biologique qui se produit dans le corps, par exemple, se cachent des mécanismes biochimiques tels que le processus de formation de molécules protéiques, les interactions intermoléculaires, etc. processus de communication au niveau cellulaire. Ces processus nécessitent une compréhension détaillée pour pouvoir agir, par exemple sur le terrain. médical, biotechnologie agricoleet animal (zoologie).
Sans biologie structurale, il nous serait difficile de comprendre comment se déroulent les processus biochimiques des cellules. Découvreur de la structure de l’ADN Francis Crick mentionné cela, « Presque tous les aspects de la vie sur Terre sont conçus au niveau moléculaire, et sans comprendre le niveau moléculaire, nous ne pouvons avoir qu’une compréhension très limitée de la vie elle-même. »
L’urgence de la biologie structurale en Indonésie
En tant que foyer pour la mégabiodiversité, le besoin de progrès en biologie structurale en Indonésie est de plus en plus urgent. Des forêts tropicales du Kalimantan à la beauté des récifs coralliens de Papouasie, l’Indonésie est abrite des millions d’espèces qui ne sont pas encore entièrement comprises.
La biologie structurale permet non seulement une exploration plus approfondie de la vie, mais constitue également un outil de soutien important dans les efforts visant à préserver et à utiliser les ressources naturelles de manière durable et efficace.
Par exemple, l’utilisation de la biologie structurale dans les projets de conservation des plants de riz (Oryza sativa) via le stockage Structure de la protéine NAL1 par cryomicroscopie électronique. La protéine NAL1 est responsable de la morphologie des feuilles et du rendement des plants de riz. Comprendre le rôle du gène NAL1 devrait contribuer de manière significative au développement de nouveaux types de riz à l’avenir.
Structure de la protéine NAL1 (PDB ID : 8PMG) isolée du riz. www.rcsb.org
La recherche sur la biodiversité en Indonésie peut également utiliser des techniques de cryo-tomographie électronique (Cryo-ET), ce qui nous permet de visualiser l’architecture cellulaire à une échelle très détaillée. Cette méthode aide non seulement à comprendre la présence de protéines spécifiques dans les cellules, cruciales pour développement de médicaments– mais fournit également des informations détaillées sur les caractéristiques uniques des cellules bactériennes ou virusainsi que les différences entre les espèces.
Nous pouvons également utiliser la biodiversité indonésienne grâce à la biologie structurale. Par exemple, pour développement d’enzymes à partir de bactéries. Les structures de ces enzymes peuvent être analysées et conçues en profondeur pour atteindre des objectifs spécifiques, tels que l’augmentation de l’efficacité de l’industrie biotechnologique.
La biologie structurale est également très utile pour le domaine médical. Grâce à cette discipline scientifique, des équipes de recherche de Chine, d’Australie et des États-Unis ont pu cristaux de protéines isolés qui sont le moteur du virus SARS-CoV-2.
Comprendre la structure des protéines est la base initiale de divers efforts gérer le COVID-19 comme développement de vaccins et fabrication agents thérapeutiques basés sur la nanotechnologie (inhibiteurs de nanocorps) pour vaincre toutes les variantes mutées du COVID-19. C’est l’une des raisons pour lesquelles la pandémie de COVID-19 a été rapidement surmontée.
Structure de nanocorps inhibiteurs qui bloquent la protéine COVID-19 Spike, développée par cryomicroscopie électronique.
Faire face à la tuberculose, une maladie endémique en Indonésieest un exemple applications intéressantes de la biologie structurale dans le domaine biomédical ou la médecine de base à l’avenir. La surveillance du génome de la bactérie responsable de la tuberculose a été couronnée de succès en partie parce que utilisation de données de biologie structurale prédire l’existence de souches (lignées héréditaires) résistantes aux antibiotiques en Indonésie.
Tremplin de Cibinong
Une compréhension de la biologie structurale peut être utile Méthode de cristallographie aux rayons X. Une méthode pour visualiser les structures protéiques en cristallisant d’abord les molécules de protéines, puis en les projetant aux rayons X. Cependant, en plus d’être très compliquée, cette méthode. prend beaucoup de temps et coûte cher. L’infrastructure de soutien est également coûteuse.
Avec cette déclaration, Agence Nationale de la Recherche et de l’Innovation (BRIN) a jeté les bases du développement de la biologie structurale grâce à création d’installations de cryomicroscope électronique (cryo-microscopie électronique/Cryo-EM) haute technologie très complète et de dernière génération. Cette installation, située à Cibinong, dans l’ouest de Java, est équipée d’équipements modernes tels qu’Aquilos 2 FIB, Tundra 100 kV, Talos 200 kV et Krios 300 kV pour affiner les observations et augmenter la précision de la recherche.
Microscope cryoélectronique est l’une des dernières techniques de biologie structurale permettant d’observer la structure tridimensionnelle d’une protéine. L’espoir est que les structures puissent être observées avec un risque très minime de dommages aux échantillons par rapport à la cristallographie aux rayons X. Cette technique produit des images bidimensionnelles qui peuvent être transformées en trois dimensions à l’aide de l’intelligence artificielle et d’ordinateurs hautes performances.ordinateur haute performance/HPC).
Données cloud Cette image Cryo-EM est utilisée comme guide pour placer chaque acide aminé (composé de construction protéique) dans la position la plus appropriée en utilisant la méthode. raccord. Après cela, ces données ont été affinées plusieurs fois pour trouver la meilleure position de chaque petite partie (chaîne latérale) de l’acide aminé par la méthode de raffinement (raffinement).
Le processus de raffinement vise à garantir que le modèle structurel de la protéine correspond aux données expérimentales. Ce processus constitue une étape importante dans l’analyse structurale des protéines par cryomicroscopie électronique.
Dernière étape, la structure est validée avant publication Banque de données sur les protéines (PDB)-lieu stockage d’informations sur la structure des protéines De partout dans le monde.
À l’avenir, le niveau d’utilisation des équipements de cryomicroscope électronique du BRIN dépendra d’autres aspects, tels que le développement d’une infrastructure complète de laboratoire de purification de protéines. Les installations dont la construction est prévue cette année seront intégrées au laboratoire de cryomicroscopie électronique BRIN. Laboratoire purification des protéines crucial en biologie structurale car c’est le seul moyen pour les chercheurs d’obtenir des protéines à l’état pur.
De plus, comme les données générées par Cryo-EM sont très volumineuses, l’analyse de la structure des protéines ne peut être effectuée qu’en utilisant intelligence artificielle. Alors chez BRIN, l’intégration Installations de calcul haute performance (HPC) et Cryo-EM Il a été planifié dès le départ et commence désormais à fonctionner.
Nos opportunités et devoirs
Développement du domaine de la biologie structurale en Indonésie devrait non seulement projeter des infrastructures de recherche et d’innovation, mais également des jalons dans la recherche de la connaissance et de l’indépendance intellectuelle. En utilisant l’intelligence de la biologie structurale, l’Indonésie peut ouvrir de nouvelles voies dans divers domaines, de la médecine à l’agriculture en passant par la conservation de la biodiversité.
Développement d’infrastructures telles que Laboratoire BRIN Cryo-EM à Cibinong est une première étape impressionnante. Cependant, l’indépendance scientifique n’est pas seulement créée par des bâtiments physiques, mais également par des ressources humaines supérieures. L’Indonésie doit s’engager à produire des cadres en biologie structurale capables de concourir au niveau internationalà travers un enseignement supérieur de qualité et une formation intensive.
Appareil Krios G4 Cryo-TEM avec détecteur Falcon 4i au Laboratoire Cryo-EM, BRIN, Cibinong.
Financement de la recherche est également un défi important. Des subventions de recherche visant le développement et l’accélération du domaine de la biologie structurale ont également été ouvertes grâce à un financement spécial de la recherche dans le domaine de la biologie structurale par BRIN. Renforcement collaboration entre universités et instituts de recherche en Indonésie peut faciliter l’échange d’idées de recherche et de ressources humaines liées à cette discipline scientifique.
À travers diverses collaborations et subventions, la collaboration entre universitaires s’épanouira naturellement. La communauté scientifique dans ce domaine pourra alors participer au développement de la biologie structurale en Indonésie de manière massive et coordonnée.
2024-05-24 06:17:00
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