以色列科学家合作加快Covid-19 RNA使用敏感的核磁共振技术研究

教授有一个显著的卢西奥·弗莱德曼的实践经验水平核磁共振(NMR),在最初的15年里建立自己的职业生涯的使用工具。他对技术的热情依然明亮,出场后,甚至几十年。他说,“我总是很兴奋地看到每一天会发生什么,”和去年给城市带来了许多新的·弗莱德曼教授和他的团队发现,由于他们的参与研究财团看着SARS-CoV-2的RNA结构,这种病毒导致Covid-19。

核磁共振的共同语言
,以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的研究小组拥有250跨越所有学科,从生物学、生物化学和化学、物理、数学和计算机科学。学院一直是第一个利用仪器的新进展。包括(在不同时期)超导270 MHz核磁共振仪器,一个800 MHz系统,人类7 T MRI扫描仪,15.2 T动物磁共振扫描仪,最大相关性·弗莱德曼教授的RNA的工作——一个1.0 GHz力量工具。
形容他的作品包括教授·弗莱德曼两个互补的领域。第一个是核磁共振的研究作为一门学科的——例如,核自旋的行为在特定情况下,和如何提高分析灵敏度、分辨率和速度。其他方面的应用这些知识,教授·弗莱德曼的团队合作等众多领域的材料、制药、RNA和癌症。[1]雷竞技网页版
然而,正如·弗莱德曼教授指出的那样,任何应用程序,所有的核磁共振和磁共振成像(MRI)的实验都是基于相同的基本物理过程——聪明的扰动的平衡核和电子自旋会实现当放置在一个强大的磁场,由射频脉冲。描述了这种“共同语言”,教授·弗莱德曼,打开特殊渠道异花受精的想法。举个例子,他说:“你可以把一个想法为成像和开发应用于化学背景……或一个方法为固态工作和开发应用于分子细胞。”

合作Covid-19
正是这一概念的核心的异花受精的最近的工作,教授·弗莱德曼Covid-19 NMR项目的一部分。[2]这个财团的来自世界各地的50多个研究小组的目标是确定SARS-CoV-2的RNA结构和使用核磁共振光谱和如果它的蛋白质,在这一过程中,提供洞察他们的“drugability”小分子。

·弗莱德曼教授的参与Covid-19 NMR财团源自他之前连接Goethe-Universitat在法兰克福,德国。所涉及的工作主要是提高RNA分析的灵敏度和速度,让他自然的合作者哈拉尔德Schwalbe牌博士当教授Goethe-Universitat设置财团在2020年3月。加入这个团队之后,迅速转移他的努力研究教授·弗莱德曼大基因组的RNA片段SARS-CoV-2,使用1 GHz的力量,在2018年被安装在魏兹曼科学研究所,以及其他乐器。

·弗莱德曼教授的工作本质上是合作,使一个非常积极的经验说:“我们共享样本、方法库的数据,结果和更多…所有这些帮助我们开发用户友好的方法提取数据高灵敏度更快。”

所有这些高灵敏度数据导致更好的理解SARS-CoV-2基因组,包括初级和二级结构的表征的众多部分RNA结构,[3]和几个潜在药物的发现与RNA结合的目标。为自己的部分,强调教授·弗莱德曼的好处有这样一个具有挑战性的任务:“面临的困难造成Covid-19集中关注我们可用的工具的性能。以及帮助我们理解SARS-CoV-2的RNA结构,这些工具很可能最终会发现应用程序在其他领域——这就是核磁共振的本质。”

精致的细节与高度敏感的核磁共振技术
一个这样的工具,特别热衷于核教授·弗莱德曼超极化(4、5)。简单地说,这涉及到转移的电子自旋极化的高度人口的激进分子核自旋的水,或13 c-labelled小分子。这是在低温下进行,高磁场,微波辐射下。结果是原子核成为极化程度比正常情况下高几个数量级的,反过来意味着他们可以在研究低浓度所需的体外和体内实验。

·弗莱德曼教授强调这是一个例子的科学发现意想不到的方式会导致应用程序的好处:“核超极化知道了60年,第一40年在很大程度上是好奇心。但现在发现几个具体应用程序——只是其中一个例子,非常基本的知识在基本粒子的行为最终导致有形见解学习生物分子和新陈代谢。”

另一个技术,发现应用程序在磁化Covid-19工作由集团担忧家庭转移实验(6、7、8)克服低灵敏度和贫困峰决议时遇到试图确定氨基或亚氨基的质子的接近邻近质子使用二维核奥佛好塞效应光谱学(NOESY)和相关技术。这种方法的分辨率,特别是在高的领域,与传统的收购,但其灵敏度大大提高。磁化transfer-based方法也使实验运行在更高的温度,开放的前景在生理条件下研究RNA结构。

更好的工具,更好的理解
“上述技术只是两个例子的新技术进步推动社会更好的结果,”·弗莱德曼教授说,并补充道:“有一个金字塔的需求在这一领域的科学——更好的工具导致更好的敏感性和提高速度,使研究更加多样化的样本在更现实的条件下,这反过来会导致更好的理解自然系统。”

未来的什么?到目前为止,该财团内·弗莱德曼教授的工作都集中在获得RNA基因组的一个基本的了解,由RNA切成小碎片和独立工作。”现在所面临的挑战是理解药物的作用机制提出,并研究更大、更有活力的RNA片段。特别是,我们希望看到他们是否结构,活动,和drug-binding模式保存,特别是在更高的温度”,·弗莱德曼教授说。

专家技术力量的支持
之前和期间Covid-19项目,贡献的力量已经必不可少,·弗莱德曼教授说。“魏兹曼科学研究所是一个力量客户自1970年代以来,但八年前我第一次开始使用他们的工具。我的经验是非常积极的,我非常感谢他们所做的一切。从一开始,他们给了我很多的帮助与集成工作流为我的老机器新力量的工具,并在随后的几年里他们继续提供技术支持专家。”
继续教授·弗莱德曼,随着核磁共振变得更成熟的科学,总有风险,进展的速度可以慢下来:“保持常绿和继续提供社会福利,我们必须不断地努力去实现。在这方面,这是非常有益的工作力量,他们拥有一流的科学家,优秀的乐器,他们的工作是最高的标准。我们一起,解决新问题,保持彼此的前沿科学。他们真的是专家中的专家。”

意外、好奇心和共同的目标
希望教授·弗莱德曼强调的另一个主题是科学的价值在这一领域的合作。“Covid-19共享数据提供了一个非常强大的原因,结果,和想法,这意味着发展通常会持续几年来实现发生得更快。”他补充说,这种合作是很自然地说:“与其他的研究领域相比,核磁共振是学院的领域。我认为这种透明度进一步增强这个财团,和我希望的一些方式我们一直工作在过去的一年里仍将与我们即使Covid-19消退背景。”
然而,他是现实的未来:“进步Covid-19研究需要大量的努力,至少对我来说,强大的磁铁和大量的数据处理。但是我们也必须承认意外和好奇心的作用在这一领域的研究,我们必须愿意接受令人惊讶的观察,或以非传统的方式思考问题。Covid-19财团的一个美妙的事情是,它使得更容易,因为我们有一个定义的目标,我们愿意分享我们的最好的想法取得进展。”

这一点让教授·弗莱德曼关于合作链接到最后想在去年告诉他:“我们有很多共同点,科学家当然,但这种病毒已经显示出我们人类也有很多共同点。我们已经一起工作在这个联盟研究SARS-CoV-2使用核磁共振应该激励我们在其他领域合作,影响地球上的每个人都来解决问题。”

在Covid19-NMR财团的更多信息,请访问:
https://covid19-nmr.de/
或者看采访该财团成员:
//www.videcame.com/en/products-and-solutions/mr/make-mr-more-relevant/covid19-nmr-consortium.html

集团关于·弗莱德曼的更多信息,请访问:
https://www.weizmann.ac.il/chembiophys/Frydman_group/

卢西奥·弗莱德曼教授系的是化学和生物物理学吗魏茨曼科学研究所的以色列Rehovot,自2001年以来,他一直在。他也是首席科学家在化学和生物学国家高磁场实验室在塔拉哈西,佛罗里达州,美国。

他发表了250篇同行评议的论文,从2011年至2020年他担任主编磁共振杂志。他目前的创始编辑JMR——开放的同伴磁共振杂志》上。

1. 更多关于集团教授·弗莱德曼的工作访问https://www.weizmann.ac.il/chembiophys/Frydman_group/home
2. 更多关于Covid-19财团,访问https://covid19-nmr.de/
3. 答:瓦克et al .,守恒SARS-CoV-2 RNA二级结构测定元素通过核磁共振光谱学,核酸的研究,2020年,48:12415 - 12435。
4. s . Markovića•t . Roussel r·哈达a .约克m . Neeman l·弗莱德曼,母胎交流与胎盘代谢后的实时动态13 c超极化MRSI, Proc。国家的。学会科学。美国,2018;E2429-E2436 115 (10)。
   
5. m . Novakovic g·奥尔森,g .品特d . Hymon b . Furtig h . Schwalbe牌和l·弗莱德曼,> 300倍增强亚氨基的核酸共振通过超极化水:一个新窗口为探索RNA折叠1 d和2 d核磁共振;Proc。国家的。学会科学。美国,2020;117年,2449 - 2455。
6. j . Kim et al ., 3 d异核磁化转移SARS-CoV-2-derived rna二级结构的建立,美国化学学会杂志》,2021年,143:4942 - 4948。
   [7]m . Novakovic et al .,磁化强度提高不稳定之间的一个交叉峰的质子转移:应用程序在COVID-derived rna imino-imino顺序走,于德国的《应用化学国际版》,2021(接受文章)。
7. m . Novakovic e . Kupce a . Oxenfarth医学Battistel,是否Freedberg, h . Schwalbe牌。和l·弗莱德曼,阿达玛磁化转移实现戏剧性的敏感性增强核多维核磁共振相关不稳定网站的蛋白质、多糖、核酸,Nat通讯,2020;5317 (2020)。
   
   

以色列Rehovot魏兹曼科学研究所,自1952年以来一直在核磁共振研究的前沿,当一群由扫罗Meiboom建造世界上第一个核磁共振光谱仪之一。现在有12组在NMR研究所工作,涵盖了从单分子检测领域通过功能核磁共振成像的大脑。

有关更多信息,请访问:https://www.weizmann.ac.il/chembiophys/Frydman_group

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