ContaMiner är en webbaserad, öppen källkodsprogram utvecklat av ett unikt tvärvetenskapligt team vid King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudiarabien. Detta program sparar redan tid för internationella forskare.

"Hur mycket kan du förstå och reparera en bil om du inte har en detaljerad bild av vad som händer under motorhuven?" sa KAUST docent Stefan Arold. "Proteiner är livets arbetshästar:deras funktion och dysfunktion både skapar liv och gör slut på det. Varje proteins aminosyrasekvens viks in i en speciell 3D-struktur som krävs för att stödja dess funktion. Om du vill förstå, påverka eller konstruera ett proteins funktion, du behöver känna till dess 3D-struktur, " han förklarade.

Processen för att bestämma den strukturen börjar med att rena och kristallisera proteinet som undersöks. Proteinkristallen bombarderas sedan av extremt kraftfulla röntgenstrålar, som diffrakterar i olika riktningar, ger en indikation på dess struktur. Forskare tillämpar sedan "molekylär ersättning, " som jämför målproteinkristallen med 3D-strukturen hos andra kända liknande proteiner.

Men för forskarna att jämföra deras protein med liknande, först måste de veta hur dess aminosyror är ordnade. ContaMiner kan hjälpa forskare att avgöra om de ens tittar på rätt protein till att börja med.

"Proteinet vi kristalliserade kanske inte det protein vi trodde det var utan istället en okänd förorening, " förklarade Arold. Proteinbaserade föroreningar kan, oftare än man tidigare trott, bli kristalliserad istället för, eller förutom, proteinet som studeras. Dessa kan komma från organismen som ursprungligen producerade proteinet eller inträffa under renings- eller kristalliseringsprocessen.

"Forskare slösar ofta bort månader av arbete innan de identifierar felet och identiteten för proteinföroreningen som de oavsiktligt hade kristalliserat, sa Arold.

Arolds team har arbetat outtröttligt för att sammanställa en preliminär databas, kallas ContaBase, av 62 kända föroreningar. "Föroreningar var ett känt men underskattat problem eftersom många fall blev oupptäckta, " sa Arold. Även i fall där föroreningar slutligen identifieras, denna information försvinner ofta opublicerad eftersom experimentet ansågs vara ett misslyckande. Ofta rapporterar forskare problem med kontaminering i onlineforum snarare än peer-reviewed publikationer. "På grund av detta, ingen hade en bra uppfattning om hur många och vilka föroreningar som kunde förekomma och kristallisera, " han fortsatte.

ContaMiner ändrar detta. Nu, forskare kan skicka in sina röntgendiffraktionsdata till programmet, som jämför den med en uppdateringsbar databas med kända föroreningar. "Om det finns en förorening, ContaMiner kan vanligtvis upptäcka det på bara 5-15 minuter, sa Arold.

Flera hundra forskare har använt programmet sedan det först beskrevs i slutet av 2016 i Journal of Applied Crystallography. Många från kristallografigemenskapen har hjälpt till att uppdatera ContaBase till att nu inkludera 71 föroreningar. "Det är en pågående samhällsinsats, " sa Arold. ContaMiner har också valts ut för att inkluderas i en onlineserver, kallas CCP4, som är en mycket selektiv samling programvara relaterad till strukturbiologi och är den mest använda resursen i världen, förklarade Arold.

Samtidigt som den har internationell inverkan, Arold och hans team spelar också en viktig roll i det lokala forskarsamhället genom sin unika uppsättning färdigheter. KAUST-teamet kombinerar expertis inom molekylärbiologi, biokemi, biofysik, bioinformatik och beräkning för att undersöka proteinstrukturer och funktion. Det är den enda gruppen som är involverad i strukturbiologi i kungariket och, under överinseende av strukturbiolog Stefan Arold, det etablerar också viktiga lokala samarbeten.

För närvarande samarbetar de med forskare vid King Fahd Specialist Hospital and Research Center för att identifiera genmutationer som orsakar sjukdomar i den saudiska befolkningen. Arold använder sin expertis, tillsammans med beräkningsmodellering, för att förstå varför specifika mutationer orsakar proteinfel. "Det är spännande hur mycket skada kan orsakas av en enda mutation", sa han. "Det ger oss också en glimt av den ofattbara sofistikeringen och komplexiteten i våra kroppar.

Arold och hans team arbetade också nyligen med KAUSTs växtforskare Mark Tester och ett mångsidigt internationellt team för att förstå den molekylära grunden för produktion av giftiga föreningar, kallas saponiner, i vissa men inte alla quinoa-stammar.

"Behöver regionen fler strukturbiologer?" frågade Arold. "Enligt min partiska åsikt, såklart ja. Särskilt, experter på kärnmagnetisk resonansspektroskopi, som i hög grad kompletterar röntgenkristallografi." Han förespråkar också att biologer utvecklar mer medvetenhet om strukturbiologins betydelse för sin forskning.

"Klokt, KAUST har satsat stort på strukturbiologi; och biologisk avbildning i allmänhet är helt klart ett prioriterat område. Vi har enastående resurser, såsom 700 och 950 megahertz kärnmagnetiska resonansspektrometrar och elektronmikroskopet TITAN KRIOS.

Och även om jag för närvarande är den enda strukturbiologen, Jag kanske inte är ensam mycket längre, ", sa Arold. Förhandlingar pågår redan för att få fler talanger till institutionen.