Michael Martynowycz, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Tamir Gonen, refroidit un échantillon avec de l'azote liquide en vue d'une expérience MicroED qui révélera la structure moléculaire de l'échantillon. Crédit :Tamir Gonen
Des travaux qui pouvaient auparavant prendre des mois aux chimistes peuvent désormais être effectués en quelques minutes.
En utilisant une technique appelée diffraction électronique des microcristaux, ou MicroED, les scientifiques n'ont besoin que de 30 minutes et d'une infime quantité d'échantillon pour identifier de petites molécules et déterminer leurs structures. Un tel accès facile à des informations très détaillées pourrait révolutionner la façon dont les chimistes, médecins légistes, et ceux impliqués dans le travail de découverte de médicaments, dit Tamir Gonen, chercheur au Howard Hughes Medical Institute (HHMI).
La technique utilise un microscope cryoélectronique standard et pourrait devenir la procédure de référence des scientifiques pour tout identifier, des produits de réactions chimiques de routine aux poudres inconnues sur les scènes de crime, il dit. "Maintenant, les chimistes peuvent prendre des poudres directement à partir d'une réaction, les appliquer à un exemple de grille, et obtenez des structures moléculaires à haute résolution le même jour."
L'équipe de Gonen a publié les structures de 11 petites molécules, déterminé par MicroED, 2 novembre 2018 dans la revue ACS Science centrale . L'article s'appuie sur les travaux sur la structure des petites molécules que les scientifiques ont publiés plus tôt cette année et démontre la portée de la technologie MicroED, dit Gonen.
Le laboratoire de Gonen a utilisé MicroED pour obtenir rapidement la structure de la progestérone en poudre. D'abord, ils ont placé de la progestérone finement broyée (à gauche) sur une grille d'échantillonnage. De minuscules cristaux peuvent être vus dans une vue agrandie de la grille (centre gauche). Les faisceaux d'électrons se dispersent contre les cristaux, créer des motifs de diffraction (au centre à droite). Le traitement des données révèle une structure très détaillée (à droite). Crédit :C.G. Jones et al./ ACS Science centrale 2018
De la poudre à la structure
L'idée de Gonen pour le projet actuel est venue lors d'un déjeuner avec le chimiste de l'UCLA Hosea Nelson. Gonen lui a dit que, dans le développement initial de MicroED, son laboratoire avait déterminé la structure d'une petite molécule organique. Nelson, dont le travail de chimiste tourne autour de petites molécules, "Je ne pouvais pas me croire quand je lui ai dit que c'était assez simple, " dit Gonen. Les deux se sont donc associés et ont décidé de voir dans quelle mesure la MicroED était généralement applicable à la chimie et d'alerter la communauté de la chimie de cette technologie.
En commençant par un pot de poudre de progestérone, ils en ont écrasé une infime quantité et l'ont déposé sur une grille d'échantillonnage. Puis, ils l'ont refroidi à -196 degrés Celsius, transféré dans un microscope cryoélectronique, et a commencé à collecter des données. Moins de 30 minutes se sont écoulées entre l'ouverture du pot et la visualisation de la structure de la progestérone, dit Gonen. Son équipe a testé huit autres poudres commerciales et a obtenu des résultats similaires, même après avoir mélangé plusieurs d'entre eux ensemble.
Sachant que les poudres avaient probablement toutes été cristallisées lors de la fabrication, l'équipe voulait tester des composés qui étaient plutôt nouvellement synthétisés, et non cristallisé par les scientifiques. Ils ont mélangé quatre de ces composés, séparés par une technique de purification commune, et les a analysés par MicroED. La technique a produit des structures pour deux des quatre composés, qui avait formé des cristaux spontanément. Gonen pense que les deux autres auraient pu fonctionner si l'équipe avait d'abord essayé de les cristalliser.
Gonen ne voit pas la cristallographie aux rayons X ou d'autres méthodes d'identification de structure disparaître de sitôt. Certains échantillons se prêteront davantage à une méthode plutôt qu'à une autre, et les informations fournies par chaque méthode varient de manière utile, il dit. Mais maintenant, la capacité naturelle des petites molécules à former des cristaux peut être exploitée par les chimistes d'une manière qui n'était pas possible auparavant.
« C'est un exemple parfait de ce qui se passe lorsque deux champs qui ne se parlent normalement pas se réunissent et se pollinisent, " dit Gonen.
