Marialucia Longo och Tobias Schrader vid Jülich Center for Neutron Science (JCNS) baserat på FRM II i Garching, Tyskland har designat och testat en kristallisationskammare för att odla stora proteinkristaller.

Kammaren består av två runda hållare i rostfritt stål som innehåller Peltier värmeelement, för att kontrollera temperaturförhållandena, och ett glasfönster för att tillåta kristalltillväxt att övervakas. Den cirkulära designen underlättar en jämn temperaturfördelning för att förhoppningsvis ge enhetlig temperaturkontroll i alla riktningar.

Mellan hållarna, en teflon "spacer" placeras som bildar själva kristallisationskammaren, där all handling äger rum. Distansmodulen är utbytbar för att tillåta olika konfigurationer och ge ett urval av kristallisationsmetoder (för närvarande, ångdiffusion och satsvisa kristallisationsdistanser finns tillgängliga). Förutom att ha ett fack för kristallen att växa i, dessa distanser har även rörinlopp och utlopp för att transportera proteinlösningar in och ut. Distanserna designades och 3D-printades med hjälp av ingenjörer vid Forschungszentrum Jülich i västra Tyskland.

Postdoktorand Marialucia Longo arbetade med design och produktion av apparaten i över ett år, med experthjälp av Neils Lumma på Jülich. Det är nu i testfasen. Longo började med hönsäggvita lysoyzme, eftersom det är ett välkänt protein och snabbt och enkelt bildar stora kristaller. Andra potentiella kandidater är termolysin och streptavidin, som hittills, stora kristaller av dessa har varit svårfångade. Streptavidin skulle vara en särskilt intressant molekyl att studera med neutroner, eftersom inte mycket är känt om vätebindningarna till biotinliganden i strukturen. Att göra en kristall tillräckligt stor för att studera med neutrontekniker skulle kunna kasta ljus över detta.

Dock, Longo möter många hinder och har fortfarande massor av problem att lösa. Inte minst för att med en bakgrund i DNA och oelastisk spridning, hon har först fått lära sig om proteiner och elastisk spridning.

Sedan har det varit problem med själva apparaten:, inklusive oönskade bubblor i kammaren, otillräcklig prestanda hos tätningen och opålitlig temperaturkontroll. Särskilt frustrerande är de användarovänliga värmeelementen. Att justera temperaturen med hjälp av rattar och vänta två minuter på att temperaturregulatorn återupptar normal drift har visat sig tidskrävande och svårt. Det förväntas att en datorlänk till temperaturregulatorn kan göra det möjligt att sänka temperaturen gradvis, t.ex. med en grad om dagen. Detta kräver utveckling, men kan hjälpa strävan efter att växa större kristaller.

I sista hand, Teamets ambition är att använda denna apparat för att producera kristaller för användning på instrumentet BIODIFF, ett sofistikerat instrument som helst kräver en kristallvolym på minst 0,1 mm3. BIODIFF är en monokromatisk enkristalldiffraktometer – ett gemensamt projekt av FRM II (TUM) och JCNS (Forschungszentrum Jülich) som drivs av Tobias Schrader och Andreas Ostermann, som också har varit till stor hjälp i detta projekt.

Än så länge, de största kristallerna de har odlat är 0,2 mm ³ med användning av modellproteinet lysozym. När SINE2020 når sitt slut, detta projekt kommer att fortsätta med extra finansiering från Forschungszentrum Jülich.