Nature：无需结晶的X射线晶体分析

　　

生物通报道：X射线晶体分析曾帮助人们揭示了DNA双螺旋和其他无数分子的结构，而现在科学家们对这一技术进行了升级。本期Nature上发表的一项研究显示，利用微小的分子海绵，可以进行无需结晶的X射线晶体分析。这一方法省却了麻烦的结晶步骤，使X射线晶体分析更简便快捷，同时也提升了灵敏度。

“你可以称之为，无需结晶的晶体分析，”未参与这项研究的，哈佛医学院生物化学家Jon Clardy评论道。这一技术使用多孔支架，让目标分子在其中有序排列，然后再通过X射线解析其结构。

X射线晶体分析（X-ray crystallography）是科学界最重要的技术之一，是少数能够直接确定分子形态的技术。X射线晶体分析需要获得可供衍射的单晶，但实际上许多分子很难结晶，就像你很难让一个好动的小狗坐定拍照一样。Clardy指出，这是X射线晶体分析中的最大瓶颈。

晶体海绵

东京大学的化学家Makoto Fujita与其同事Yasuhide Inokuma领导了这项研究，他们采用了被称为金属一有机骨架的材料，这种材料具有大而规律的空腔，就像“晶体海绵”一样。研究人员将这种多孔复合物的小晶体浸入到目标分子的溶液中，复合物就像海绵那样吸收周围的小分子。在短时间的孵育之后，支架中目标分子实现了有序排列，可以用来进行X射线衍射，以揭示它们的结构。

通过这一技术，研究人员成功对一些已知结构的小分子进行了形态分析。此外，他们还通过该方法确定了miyakosyne A的结构，miyakosyne A是一种来自海绵的罕见化合物，其分子特性使之很难结晶。不过，由于该技术使用的是小晶体支架，所以要求样品质量处于纳克-微克级别。

“这是一个非凡的成就，”Clardy说。他认为这一技术将帮助人们从一些特殊生物（海洋生物和土壤细菌等）中挖掘有价值的化合物，因为这些分子往往很难结晶。

目前，这项新技术还没有用于蛋白质结构分析，因为结晶海绵中的“口袋”还不够大。不过Fujita的研究团队正在向这一方面努力，“将这一方法应用到蛋白结晶分析中，是我们面临的下一个挑战，”他说。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

X-ray analysis on the nanogram to microgram scale using porous complexes

X-ray single-crystal diffraction (SCD) analysis has the intrinsic limitation that the target molecules must be obtained as single crystals. Here we report a protocol for SCD analysis that does not require the crystallization of the sample. In our method, tiny crystals of porous complexes are soaked in a solution of the target, such that the complexes can absorb the target molecules. Crystallographic analysis clearly determines the absorbed guest structures along with the host frameworks. Because the SCD analysis is carried out on only one tiny crystal of the complex, the required sample mass is of the nanogram–microgram order. We demonstrate that as little as about 80 nanograms of a sample is enough for the SCD analysis. In combination with high-performance liquid chromatography, our protocol allows the direct characterization of multiple fractions, establishing a prototypical means of liquid chromatography SCD analysis. Furthermore, we unambiguously determined the structure of a scarce marine natural product using only 5 micrograms of the compound.