Стабільні і інформативний 3D версія для друку моделі біомолекул можуть бути отримані шляхом: (I) загусники облігацій для забезпечення стабільності, (II) ретельно підбираючи вторинний тип структури представництва або стиль, який забезпечував би найбільшу розуміння і стабільність, (III) друк біомолекули в більш одного молекулярного уявлення, (IV) з використанням нитки, яка буде надавати все або частину біомолекули гнучкою, або (v) генерації складного вузла, який має модульну структуру (тобто в з'єднуються штук).
Щоб проілюструвати, як друкувати такі інформативні і стійкі моделі, ми зосередилися на компонентах хроматину і на виробництві гіпотетичну модель хроматину. Хроматину є дуже складною збірки білок-ДНК. Фундаментальна білкову субодиницю хроматину є гістонів білка. Існують чотири гістонових білків, кожен з яких складається з спіралі-loop-спіраллю (а "гистона складка") з подальшою розширеної альфа-спіралі, і другий "гистона складки." Структура білка - гистона можуть бути легко отримані за допомогою "стрічки" уявлення (Фіг.3). В якості альтернативи, структура білка - гистона може відображатися з використанням тільки його поверхню (фігура 3В). Є дві копії кожного з чотирьох гістонових білків, які збираються, щоб сформувати сферичну гістонів октамер. Гістонів октамер занадто великий, щоб надрукувати повністю у вигляді стрічки або палицю уявлення, через більшого масштабу, в якому повинні бути надруковані ці функції. Таким чином, такий великий білок, збірка найкраще відображається з використанням представлення поверхні (фіг.3С). ДНК буде намітити шлях навколо гистона октамер з утворенням нуклеосом ядро частинки 10 нм діаметра. Шлях ДНК може бути найкращим чином відображається друк двох окремих моделей і з використанням гнучкої нитки для ДНК (рис 3D). Нуклеосоми частки ядра стекадруг на одного, щоб сформувати збірку більш високого порядку, 30 нм діаметра "волокна" Лівша suprahelical структуру. Щоб краще проілюструвати, як нуклеосомноі частки ядра 10-нм може складають, щоб сформувати 30-нм хроматину збірки, друку окремі "ді-нуклеосом" частки (рис 3e), а потім складати їх після друку (рисунок 3F).
Після того, як освоєна описано єдина поверхню екструзії і стрічки робочого процесу вище, досліджувати робить ряд атомних, молекулярних і композитних моделей, як показано на малюнку 4. Наприклад, об'єднати поверхні і стрічки уявлення, щоб відокремити різні частини комплексу (див ДНК - полімерази, фіг.4В). Зробити більш повчальні і привабливі моделі за допомогою подвійного принтера екструзії, який може розплавити дві нитки одночасно в один 3D - об'єкта (див малюнок 4C). В якості альтернативи, фарби частини моделей (див Гуаньінь і альфа - спіраллю, малюнок 4А). Друк і зібрати субодиниць білкового комплексу, як натрієвий канал, або взяти його ще далі, друк окремих частин комплексу та збирання їх пізніше в більшу, багатобарвним моделі (див комплекси ВІЛ-антитіла і рибосом, рис 4С). Такі композиційні моделі краще здатні показати функціональні можливості в порівнянні з відбитками однієї нитки напруження. Різні кольори можуть виділити, наприклад, гликозилирование в порівнянні з білком (модель ВІЛ) або РНК у порівнянні з білком (див рибосом модель, рис 4в). Вони також дозволяють створювати освітніх 3D головоломок, як прив'язка до поверхні ВІЛ - антитіла (див пов'язані gp120 антитіла, фіг.4С), де тільки одна конфігурація 3D дає щільне прилягання обох частин. Інструкції по друку цих моделей можна знайти в додатку 5. Крім того, ми передбачили додаткове відео ілюструють побудову 3D моделі-гое Fo / F1 протонної АТФ-синтази, який був видрукуваний на шматки і зібрані таким чином, щоб він міг резюмувати поворотний механізм, який відбувається під час цього ферменти каталітичний механізм.
Малюнок 1. Робочий процес для підготовки і друку 3D - моделі. Ілюстровані етапи у виробництві фізичної 3D біомолекулярної друку: (I) підготовку моделі, в тому числі вибір подання; (II) відкриття збереженого файлу .stl моделі і обробки файлу з використанням програмного забезпечення для нарізки; (III) друк моделі і виборі матеріалу або нитки; і, нарешті, (IV) виконання пост-виробничі етапи. Будь ласка , Натисніть тут , щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 2. візуальними різних уявлень моделей на різних етапах підготовки. Верхній ряд: Загальні уявлення двох моделей (убіквітину (PDB 1UBQ) і аргініном) візуалізували з використанням програми химери. Середній ряд: Друк Траєкторія генерується з моделей Химери STL, забарвлене типу особливість убіквітіновой і аргініном (помаранчевий: фільонки шаблон, темно - синій: зовнішня оболонка, світло - блакитний: внутрішня оболонка). Нижній ряд: Остаточні відбитки убіквітину і аргініном. Поверхневі і дві стрічки моделі убіквітину надрукований на 300% від Химери виходу СТЛ за замовчуванням (за замовчуванням Химера становить 1 нм в моделі і 1 см у пресі), в той час як модель аргинином Wкак надруковано на 1000%. За замовчуванням використовується стрічка або палиця моделі химери занадто тонкі, щоб надрукувати правильно, але потовщені версії будуть друкувати надійно. Будь ласка , Натисніть тут , щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 3. Дослідження нуклеосома випадок. (A) Single-гистона H3 білка надають потовщення "стрічки" друкується на 300%. (B) гистона H3 білок "поверхню" уявлення, надрукований на 200%. (С) білка - гистона октамер надрукований на 100%. (D) гістонів білка октамер (помаранчевий) в комплексі з гнучкою ДНК (білий), надрукований на 100%. Модель поверхні (Е) Dinucleosome друкуватися з радіусом зонда за замовчуванням і друкується в масштабі 100%. (Е) Модель хроматину "30-нм волокна", створений вручну штабелирования індивідуально видрукувані моделей "10-нм" dinucleosome, де поверхня була винесена з радіусом зонда 3 Å, надрукованій на 50% і 25% розмірів, а також провів разом з Play -Doh. 3D відбитки були отримані з моделі dinucleosome (PDB 1ZBB). Всі моделі вільно доступні для завантаження на NIH 3D друку біржі 11. Будь ласка , Натисніть тут , щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
Малюнок 4. Приклади 3D-моделей друкованих проводиться з використанням принтерів розжарювання. (A) зліва, модель м'яч і пряника молекул води в гексагональних кристалів льоду (друк з двома нитками розжарення). Середній, модель нуклеотиду (гуанін). Право, білок альфа-ч Елікс-магістральна тільки модель, що показує водневі зв'язку (чорний). Гуанін і альфа-спіраллю були пофарбовані вручну з Sharpies. (B), лівий, натрієвий канал, що складається з 4 - субодиниці, які можна з'єднати разом (PDB 3E89). Середній, малярійного плазмодія L-лактатдегідрогенази (PDB 1T2D) друкуються як стрічки. Право, модель активного сайту ДНК-полімерази (PDB 1KLN), показуючи ДНК в якості поверхні і білка у вигляді стрічок. (C) Лівий, ВІЛ ліпідний конверт з глікопротеїну (PDB 5FUU) пов'язані антитілами (PDB 1IGT), надруковані на 15%. Середній, деталь глікопротеїн поверхні антигену на 150%, з варіабельною областю антитіла, показаної у вигляді стрічок (PDB 5FYJ). Справа, моделі бактеріальної 70S рибосоми (PDB 4V5D) на 40% і 20%. Відсотки відносяться до стандартної продукції Химери, де 100% означає 1 нм в молекулі принтами 1 мм. Всі моделі вільно доступні для завантаження на NIH 3D друку біржі 11.OAD / 55427 / 55427fig4large.jpg "цільових =" _blank "> Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися збільшену версію цієї фігури.
