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Towards dynamic serial crystallography without photoswitches

English title Towards dynamic serial crystallography without photoswitches
Applicant Weinert Tobias
Number 197674
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Biophysics
Start/End 01.02.2021 - 31.01.2025
Approved amount 282'964.00
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Keywords (4)

crystal structure; serial crystallography; XFEL; room temperature

Lay Summary (German)

Lead
Dynamische serielle Kristallographie ermöglicht es den genauen ‚Arbeitsablauf‘ von Proteinen in kurzen Filmen festzuhalten. Das Projekt zielt darauf ab Methoden für die dynamische serielle Kristallographie zu entwickeln die es erlauben Proteine zu beobachten deren Funktion nicht vom Sonnenlicht abhängig ist. Es soll unter anderem ermöglicht die Fixierung von Kohlendioxid in Pflanzen durch ein spezielles Proteinmolekül zu beobachten.
Lay summary

Proteine sind die molekularen ‚Fabriken‘ die alle Bestandteile des Lebens nach der in der DNS gespeicherten Information aufbauen. Ein genaues Verständnis dieser ‚Fabriken‘ ermöglicht es gezielt auf diese einzuwirken, zum Beispiel in der Medikamentenentwicklung. 

Dynamische serielle Kristallographie hat an freien Elektronen Lasern wie dem SwissFEL ihren Ursprung. Sie ermöglicht es den genauen ‚Arbeitsablauf‘ der Proteine in kurzen Filmen festzuhalten. Dies ermöglicht es die Funktionsweise der Proteine noch besser zu verstehen. 

Dynamische serielle Kristallographie funktioniert derzeit nur, wenn man Proteinmoleküle untersucht die auf Licht reagieren, wie zum Beispiel das am Sehvorgang beteiligte Rhodopsin, welches ein von Vitamin A stammendes Molekül als Lichtsensor verwendet. Jedoch sind wichtige Prozesse die zum Beispiel Proteinmoleküle und DNS aufbauen nicht vom Sonnenlicht abhängig. 

Das vom Nationalfonds finanzierte Projekt zielt darauf ab Methoden für die dynamische serielle Kristallographie zu entwickeln die es möglich machen Proteine zu beobachten deren Funktion nicht vom Sonnenlicht abhängig ist. Unter anderem soll es möglich gemacht werden zu beobachten wie die Fixierung von Kohlendioxid in Pflanzen durch ein spezielles Proteinmolekül abläuft. Die Grundlagen dieses Prozesses besser zu verstehen kann es ermöglichen ihn zu verbessern. Eine Verbesserung der Kohlendioxidbindung durch Pflanzen könnte Möglichkeiten eröffnen drängende Probleme unserer Zeit, wie die Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung durch schnelleres Wachstum der Feldfrüchte und die globale Erwärmung durch effiziente Speicherung von Kohlendioxid auf biotechnologischem Wege anzugehen. 

Direct link to Lay Summary Last update: 20.01.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Abstract

This proposal addresses a major bottleneck of time-resolved crystallography at synchrotrons and X-ray free electron lasers (XFELs): the need to use natural or artificial photoswitches to trigger dynamic processes.In the past years I established serial crystallography at Swiss Light Source and developed a setup for time-resolved studies at synchrotrons that is applicable to light-triggered systems. Now I want to go one step further to expand the number of systems that can be studied using dynamic serial crystallography.
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