La capacité de faire croître de gros cristaux de protéines est le plus gros goulot d'étranglement qui limite l'utilisation de la cristallographie des protéines neutroniques en biologie structurale. Les cristaux de protéines doivent avoir des volumes d'au moins 0,1 mm ³ . Théoriquement, il n'y a aucune raison particulière pour laquelle des cristaux de cette taille ne peuvent pas être cultivés. S'ils peuvent l'être, La cristallographie des protéines neutroniques peut fournir des informations cruciales sur l'emplacement des atomes d'hydrogène, les détails relatifs à l'hydratation, les liaisons hydrogène et les interactions entre les ligands. Ce type d'information est directement pertinent pour la recherche universitaire et pharmacologique dans les sciences de la vie.

Le défi est donc d'obtenir une croissance cristalline de grande taille de manière reproductible, un gain de temps, manière économe en main-d'œuvre. Ce serait idéal si à l'avenir, les cristallographes neutroniques peuvent, après un travail de précaractérisation adapté, soumettre leurs solutions à une plate-forme automatisée ou semi-automatisée qui permettrait l'exploration d'un large éventail de conditions de manière très systématique et permettrait aux utilisateurs de surveiller la croissance à partir de leurs ordinateurs distants.

Ashley Jordan à l'Institut Laue-Langevin (ILL) de Grenoble, La France, a étudié deux nouvelles méthodes de croissance cristalline :le développement d'un module qui pourrait permettre des approches automatisées à plus grande échelle à l'avenir (tâche 1), et un système de cristallisation en flux (tâche 2).

Tâche 1 :Un module pour l'exploration automatisée de la croissance cristalline de grande taille

Ce projet SINE2020 s'est concentré sur le développement d'un module multipuits à température contrôlable dans lequel la croissance cristalline peut être optimisée. L'idée de concevoir ce module était d'étendre l'approche afin que plusieurs puits de cristallisation avec contrôle de température individuel (programmable) puissent être utilisés pour explorer un large éventail de conditions de croissance. Un module prototype a été réalisé et consistait en une conception de plaque personnalisée contenant 6 × 4 puits où les expériences de cristallisation individuelles peuvent avoir lieu. Chaque puits peut être adapté à différentes conditions, chacun ayant un contrôle de température indépendant. Les puits sont chauffés à l'aide d'éléments chauffants Peltier avec un système de rétroaction de température qui permet à chaque puits d'être chauffé et refroidi sur une plage de température de 4 degrés C à 60 degrés C, avec une précision de 0,1 degré. L'installation a été conçue pour permettre de surveiller et d'enregistrer photographiquement la croissance cristalline.

Ashley Jordan, Ryo Mizuta et John Allibon (qui a développé le logiciel) ont construit et testé le système prototype. Des tests de cristallisation ont été réalisés avec de la trypsine et de la rubrédoxine.

Post-SINE2020, l'idée serait de rendre ces modules « plug and play » afin qu'une approche « robotique » plus étendue puisse être utilisée. Les analyses de cristallogenèse pourraient être supprimées par l'utilisateur à la fin et d'autres analyses installées à l'aide d'un autre module - le module serait l'unité de travail d'un plus grand réseau - toutes pouvant être visualisées par une caméra et fournissant des informations en accéléré à un portail utilisateur.

Tâche 2 :Cristallisation en flux

Une autre façon de poursuivre la croissance cristalline de grande taille est l'idée d'un système de cristallisation en flux. L'idée est de maintenir des conditions de batch à l'état d'équilibre autour d'un cristal à tout moment pendant sa croissance, en fournissant un approvisionnement constant de stock de protéines fraîches à l'environnement de cristallisation. Cela maintiendra des conditions de solution optimales à tout moment et aidera à minimiser l'accumulation d'impuretés sur les surfaces cristallines - de telles impuretés peuvent entraver la croissance des cristaux.

Une pompe Dolomite Mitos P a été choisie pour maintenir le débit extrêmement faible (entre 70-1500 nl min-1) requis pour réguler le système. Une chambre de cristallisation adaptée pouvant se connecter à la pompe a été conçue et réalisée à l'aide d'une imprimante 3D. Cette chambre crée un environnement scellé et offre un accès facile aux cristaux une fois qu'ils ont grandi.