Ha¡ um novo ponto brilhante na fonte de luz de radiação sa­ncrotron de Stanford: Beam Line 12-1, uma estação experimental dedicada a determinar as estruturas de macromoléculas biológicas com raios-X de alto brilho. Pesquisadores de todo opaís estãousando para examinar a estrutura atômica e a função de diferentes componentes do SARS-CoV-2, o va­rus que causa o COVID-19.

A nova linha de luz do Laborata³rio Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia combina um feixe de raios X extremamente brilhante e bem focado com sistemas de roba³tica, automação, acesso remoto completo e processamento de dados para expandir os tipos de equipes de pesquisa de macromoléculas que podem estudar e permitir que funcionem experimentos mais rápidos do que antes e de seus laboratórios domanãsticos.

Nos primeiros meses de operação, pesquisadores da Universidade de Stanford, do Instituto de Pesquisa Scripps, da Universidade da Califa³rnia, de Sa£o Francisco e do Instituto de Tecnologia da Califórnia usaram a nova linha de luz para estudar protea­nas consideradas essenciais para o SARS-CoV-2 infecção. 

Entre os resultados, hánovas pistas sobre como os anticorpos bloqueiam a infecção e como os medicamentos podem modular o sistema imunológico, para que ele responda fortemente quando necessa¡rio, evitando reações exageradas que podem causar mais danos do que benefa­cios. 

A nova construção da linha de luz foi financiada pela Universidade de Stanford, The Scripps Research Institute, várias fundações privadas da Universidade de Stanford, incluindo a Fundação Gordon e Betty Moore e os Institutos Nacionais de Saúde. No BL12-1, disse o professor Ian Wilson, da Scripps, o SSRL possui uma das mais avana§adas linhas de feixes de raios X de "microfocagem" do mundo. "Poderemos usar cristais menores, coletar dados de maior qualidade, obter uma melhor relação sinal / rua­do e coletar mais conjuntos de dados por hora" do que nunca, disse Wilson.

O BL12-1 iniciou as operações dos usuários após o ini­cio do abrigo pandaªmico COVID-19, disse Aina Cohen, uma cientista saªnior do SSRL que dirige as operações no BL12-1 e, como resultado, realizou quase toda a pesquisa relacionada ao COVID atéagora. , incluindo vários estudos do grupo de Wilson. Mas quando o abrigo no local comea§ar a subir, outros projetos comea§ara£o a aparecer, disse ela, "e eles também se beneficiara£o do uso dos recursos avana§ados do BL12-1".

Uma das principais caracteri­sticas do BL12-1 éo tamanho de feixe muito pequeno, com foco vertical de 5 ma­crons e alto brilho em relação a outras linhas de feixe dedicadas a  biologia molecular estrutural e a  cristalografia macromolecular de raios-X. O pequeno e intenso feixe seráparticularmente útil no estudo de moléculas para as quais édifa­cil ou demorado cultivar cristais grandes - em geral, émais fa¡cil extrair informações aºteis quando o tamanho do feixe éparecido com o tamanho do pra³prio cristal. 

Esse pequeno tamanho de feixe já se mostrou muito importante para a pesquisa COVID-19, disse Christopher Barnes, pa³s-doutorado no grupo de Pamela Bjorkman na Caltech. Barnes estãoestudando a estrutura dos anticorpos SARS-CoV-2, incluindo como e onde eles se ligam ao va­rus - e ele estãotentando fazaª-lo o mais rápido possí­vel. 

"Devido a  velocidade desses projetos, não tornamos os cristais tão uniformes como costumamos fazer", disse Barnes, então eles precisavam de um feixe que pudesse se concentrar em manchas menores e mais uniformes dentro dos cristais. "Isso são épossí­vel com uma linha de luz de microfocagem como a BL12-1", disse ele.

Além disso, o BL12-1 apresenta novos e mais rápidos sistemas de coleta de dados, roba³tica que alterna remotamente amostras e configurações experimentais mais rapidamente do que antes e a capacidade de realizar cristalografia em sanãrie, na qual cristais muito pequenos são disparados no feixe um após o outro , fornecendo aos pesquisadores uma imagem completa das protea­nas contidas nesses cristais, sem a necessidade de crescer uma única e maior. Além disso, tudo isso pode ser realizado remotamente nos laboratórios domanãsticos dos usuários, um benefa­cio importante durante esse período de viagens limitadas e distanciamento social.

O ini­cio da nova linha de luz enfrentou um obsta¡culo incomum: o trabalho sobre ela parou após as ordens de abrigo no local entrarem em vigor, e grande parte dos testes finais não foi conclua­da atéabril. Mesmo assim, havia restrições ra­gidas sobre o número de pessoas que poderiam ir ao laboratório para concluir o trabalho no hardware da linha de luz e nos sistemas de teste, de modo que os primeiros experimentos de comissionamento - estudos realizados em parte para solucionar eventuais torções no sistema - estavam relacionados ao novo coronava­rus.

Um experimento inicial, liderado pelo professor da UCSF James Fraser, usou a capacidade do BL12-1 para examinar amostras que não estãocongeladas, mas a  temperatura ambiente, para estudar enzimas envolvidas na replicação viral mais próximas da temperatura corporal. Outro - um dos primeiros a rodar no BL12-1 - foi um estudo publicado recentemente na Science por Wilson e colaboradores, sobre as estruturas moleculares dos anticorpos que o sistema imunológico utiliza para bloquear o SARS-CoV-2 de infectar células.

"a‰ fanta¡stico podermos usar essa linha de luz enquanto ela estãosendo encomendada e realmente acelerar nosso progresso no trabalho da COVID-19", disse Wilson.

A professora de Stanford, Jennifer Cochran, a estudante Jack Silberstein e a cientista do SSRL Irimpan Mathews adotaram uma abordagem diferente. Eles estãoprocurando drogas que possam modular a resposta do sistema imunológico para cima ou para baixo, dependendo da fase da doença em que o paciente se encontra - desde o ini­cio e atéo fim, se houver sinais de reação exagerada do sistema imunológico. Conhecer as estruturas das drogas e das moléculas do sistema imunológico em que atuam éessencial para a busca, Silberstein disse: "Se vocênão tem uma estrutura, estãovoando a s cegas".

Mathews disse que o pequeno feixe de alta intensidade do BL12-1 os ajudou a atingir partes especa­ficas de seus cristais e a coletar diferentes conjuntos de dados dos mesmos cristais, agilizando seu trabalho. "Fiquei surpreso com a suavidade de nossas medidas", disse ele.

Ter um fluxo constante de usuários como esses, disse Cohen, ajudou a resolver qualquer problema remanescente durante a fase de comissionamento, principalmente porque muito trabalho tinha que ser feito remotamente. 

“Apenas um ou dois membros da nossa equipe de pesquisa foram autorizados no local por vez e todos os grupos de usuários conectados aos nossos sistemas remotamente para controlar seus experimentos", disse ela. "Grande parte do trabalho de solução de problemas poderia ser feita remotamente por nossos programadores e apoiar cientistas. Em outros casos, tera­amos muitas pessoas em casa aconselhando a pessoa no local ”, e os membros da equipe do SSRL giravam para dentro e para fora, alguns turnos noturnos e finais de semana para fazaª-lo funcionar, mantendo o distanciamento fa­sico. "Isso, combinado com nossos sistemas experimentais totalmente automatizados e com controle remoto, nos deu muita flexibilidade".

O trabalho do COVID continua, comea§ando com mais projetos do Scripps. Meng Yuan, um associado de pa³s-doutorado no grupo de Wilson, disse que estãoexpandindo seu trabalho inicial para analisar pares adicionais de anticorpos e protea­nas virais. "Temos um grande número de cristais a serem rastreados e uma necessidade urgente de tempo de feixe", disse ele. "A boa capacidade, a resposta rápida e a flexibilidade da Beam Line 12-1, juntamente com o acesso remoto, realmente ajudaram nossa pesquisa."

As operações extraordina¡rias do SSRL foram apoiadas em parte pelo DOE Office of Science atravanãs do National Virtual Biotechnology Laboratory, um consãorcio de laboratórios nacionais do DOE focado na resposta ao COVID-19, com financiamento fornecido pela Lei CARES do Coronava­rus. SSRL éuma instalação de usua¡rio do DOE Office of Science. O Programa de Biologia Molecular Estrutural da SSRL éapoiado pelo DOE Office of Science e pelo National Institutes of Health, National Institute of General Medical Sciences.