एकीकृत संरचनात्मक जीव विज्ञान जैव अणुओं (biomolecules) के संरचनात्मक और कार्यात्मक गुणों को समझने और दवा की खोज (drug discovery) के क्षेत्र को आगे बढ़ाने के लिए एक प्रभावशाली दृष्टिकोण है। जैविक संरचनाओं और प्रक्रियाओं का अधिक गहन ज्ञान प्राप्त करने के लिए, यह एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (NMR) और क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी जैसी कई विधियों को एकीकृत करता है। इसके अलावा, आइसोथर्मल टाइट्रेशन कैलोरीमेट्री (ITC), सरफेस प्लास्मोन रेजोनेंस (SPR), डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री (DSC), डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS), और एनालिटिकल अल्ट्रासेंट्रीफ्यूगेशन (AUC) जैसी तकनीकों का उपयोग करके प्रोटीन का बायोफिजिकल लक्षण वर्णन (characterization) उनकी संरचनाओं, अंतःक्रियाओं (interactions), स्थिरता, गतिशीलता और एकत्रीकरण को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। संक्षेप में, इन विधियों का उपयोग अणुओं के बीच की अंतःक्रियाओं का अध्ययन करने, यह समझने के लिए कि वे कोशिकाओं में कैसे कार्य करते हैं, और नई दवाओं और उपचारों को विकसित करने के लिए किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, एकीकृत दृष्टिकोण जैव अणुओं की गतिशीलता (dynamics) के बारे में भी जानकारी प्रदान करते हैं, जो उनके कार्यों के तंत्र को समझने में और मदद कर सकते हैं।
व्यापक जैवभौतिक और जैव-रासायनिक लक्षण वर्णन के साथ-साथ 3D संरचना निर्धारण के लिए अत्याधुनिक और आधुनिक सुविधाएं सीएसआईआर-सीसीएमबी में उपलब्ध हैं। इनमें शामिल हैं:
एक्स-रे सुविधा
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी केंद्र
बायोफिज़िक्स केंद्रीय सुविधा
एकीकृत संरचनात्मक जीवविज्ञान की एक्स-रे सुविधा परमाणु स्तर पर बड़े अणुओं और उनकी जटिलताओं की त्रि-आयामी (three-dimensional) संरचनाओं को स्पष्ट करने के लिए अत्याधुनिक संसाधन प्रदान करती है। यह शक्तिशाली माइक्रोफोकस रोटेटिंग एनोड जनरेटर से लैस है: 1) माइक्रोमैक्स (MicroMax™) 007 HF (Rigaku) Cu एनोड जनरेटर जिसमें Mar345-dtb इमेज प्लेट डिटेक्टर और ऑक्सफोर्ड क्रायोसिस्टम है; और 2) FR-E+ सुपरब्राइट (Rigaku) दोहरा-वेवलेंथ Cu/Cr एनोड जनरेटर जिसमें R-axis IV++ इमेज प्लेट डिटेक्टर और X-स्ट्रीम क्रायोसिस्टम है। FR-E+ सिस्टम आज मैक्रोमोलेक्यूलर क्रिस्टलोग्राफी के लिए उपलब्ध सबसे तीव्र होम-लैब स्रोत है, जिसमें फोकसिंग ऑप्टिक्स हैं जो दूसरी पीढ़ी की सिंक्रोट्रॉन बीमलाइन के तुलनीय फ्लक्स प्रदान कर सकते हैं। सिंगल क्रिस्टल विवर्तन (diffraction) से एकत्र किए गए डेटा को क्रिस्टलोग्राफिक कम्प्यूटेशनल सॉफ्टवेयर का उपयोग करके संसाधित किया जाता है। संरचना निर्धारण और आणविक मॉडलिंग अध्ययन इंटेल क्वाड-कोर विंडोज और लिनक्स-आधारित वर्कस्टेशन पर सीसीएमबी हाई परफॉरमेंस कंप्यूटिंग (HPC) सर्वर पर स्थापित सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किए जाते हैं।
एक अत्याधुनिक HT-क्रिस्टलीकरण सुविधा पूर्ण क्रिस्टलीकरण के प्रयोग को स्वचालित बनाती है। इसके तीन प्रमुख परिचालन घटक हैं: (i) लिक्विड हैंडलिंग के लिए अल्केमिस्ट (Rigaku), (ii) प्रोटीन क्रिस्टलाइजेशन रोबोटिक सिस्टम: क्रिस्टलाइजेशन ड्रॉप सेटिंग के लिए मॉस्किटो (Mosquito – SPT Labtech) और ओरिक्स 4 (Oryx 4 – Douglas Instruments), और (iii) क्रिस्टल के विकास के लिए क्रिस्टल प्लेटों के ऊष्मायन (incubation) और भंडारण के लिए कंपन-मुक्त ‘रुमेड’ इन्क्यूबेटर्स (4°C और 20°C)।
यह सुविधा डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS) का उपयोग करके नैनोमीटर से माइक्रोमीटर रेंज में समाधानों (solutions) में कणों की शुद्धता और आकार वितरण निर्धारित करने के लिए नबीटेक (NabiTech) से एक समर्पित ‘स्पेक्ट्रो साइज-300’ प्रदान करती है। डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग, क्रिस्टलाइजेशन और SAXS प्रयोगों से पहले घोल में मैक्रोमोलेक्यूल्स की पॉलीडिस्पर्सिटी, स्थिरता और एकत्रीकरण स्थिति (aggregation state) के निदान के लिए एक उपयोगी उपकरण है।
एक्स-रे सुविधा घोल में मैक्रोमोलेक्यूल्स की भौतिक और संरचनात्मक विशेषताओं को समझने के लिए एक्स-रे सुविधा इन-हाउस स्मॉल एंगल एक्स-रे स्कैटरिंग (SAXS) सिस्टम से भी सुसज्जित है। SAXS बिना क्रिस्टलाइजेशन के अणुओं के आकार, आकृति, चतुर्धातुक संरचना (quaternary structure) और जटिल निर्माण की जांच करने की अनुमति देता है। यह (i) संरचनात्मक मापदंडों [रेडियस ऑफ जाइरेशन (Rg), अधिकतम आयाम (Dmax), आंशिक-विशिष्ट आयतन (Vp) आदि], (ii) अणुओं की गतिशीलता और (iii) मैक्रोमोलेक्यूल्स के कम-रिज़ॉल्यूशन आकार के जनन को समझने में मदद करता है।
SAXS सुविधा में 2-D क्रैटकी कोलिमेशन वाला BioSAXS-2000(Rigaku) है, जो मौजूदा MicroMax™ 007 HF (Rigaku) Cu एनोड X-ray जनरेटर के बाएं पोर्ट पर लगा है। इसमें सैंपल की जगह पर ज़्यादा चमक और कुछ मिनटों में डेटा इकट्ठा करने के लिए OptiSAXS Confocal Max-Flux (CMF) लगा है। इस विन्यास में बिना किसी की देखरेख के रात भर काम करने के लिए एक ऑटोमैटिक सैंपल चेंजर और EMBL हैम्बर्ग के ATSAS पैकेज पर आधारित एक ऑटोमैटिक एनालिसिस पाइपलाइन शामिल है।
1. रोबोटिक सिस्टम: स्वचालित क्रिस्टलाइजेशन: 1(a) मॉस्किटो [TTP LabTech] हैंगिंग ड्रॉप 1(b) ओरिक्स 4 [Douglas Instruments]: सिटिंग ड्रॉप 2) लिक्विड हैंडलिंग के लिए अल्केमिस्ट 3) एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर [Rigaku] 3(a) mar345 IP डिटेक्टर के साथ माइक्रोमैक्स 007 HF रोटेटिंग Cu एनोड जनरेटर 3(b) R-axis IV++ इमेज प्लेट डिटेक्टर वाले Cu/Cr एनोड जनरेटर के साथ FR-E+DW सुपरब्राइट सिस्टम 4) डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS) [नैनो बायोकेम टेक्नोलॉजी] 5) 2-D क्रैटकी कोलिमेशन के साथ BioSAXS-2000 [Rigaku]।
सीसीएमबी में और सीसीएमबी के बाहर के अन्य शोध संस्थानों या विश्वविद्यालयों में किए गए कई संरचनात्मक जीव विज्ञान परियोजनाओं और उद्योग/दवा कंपनियों के नमूनों को इन सुविधाओं में संभाला जाता है।
हेड-BDG
फोन: +91-40-27195541
ईमेल: bdg[at]ccmb[dot]res[dot]in
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अकादमिक और उद्योग
सीसीएमबी में एक अत्याधुनिक 600 MHz NMR स्पेक्ट्रोमीटर स्थित है जो क्रायोजेनिक टेक्नोलॉजी अत्यधिक ठंडे तापमान में पदार्थों का उत्पादन और अध्ययन (cryogenically cooled probe) से सुसज्जित है।
मुख्य विशेषताएं:
घोल में शरीरक्रियात्मक स्थिति के तहत जैव अणु संरचना और कार्य का अध्ययन करने के लिए 2009 में एक 600 MHz नैरो-बोर (narrow-bore) NMR सुविधा स्थापित की गई थी। इस सुविधा में चार चैनल वाला NMR स्पेक्ट्रोमीटर शामिल है जो अति-शीत तापमान में पदार्थों का उत्पादन और अध्ययन करने से सुसज्जित है। क्रायोप्रोब की बढ़ी हुई संवेदनशीलता शरीरक्रियात्मक स्थिति में अपेक्षाकृत बड़े प्रोटीन (MW > 25 kDa) और न्यूक्लिक एसिड के साथ-साथ उनके लिगैंड-बाउंड कॉम्प्लेक्स के ‘डी नोवो’ (de novo) 3D संरचना का निर्धारण होता है। इसके अलावा, स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग नियमित रूप से विभिन्न समय-सीमाओं पर जैव अणु में होने वाली गतिशील घटनाओं के अध्ययन के लिए किया जाता है।
यह सुविधा उन गतिशील जैव अणु के संरचनात्मक अध्ययन के लिए उपयोगी है जिनका क्रिस्टलीकरण करना कठिन है (जैसे, मल्टी-डोमेन प्रोटीन और मुख्य रूप से अव्यवस्थित प्रोटीन)। स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग नियमित रूप से अपने स्थान पर (in situ) प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के जैविक रूप से प्रासंगिक गठनात्मक लचीलेपन (conformational flexibility) को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। इस सुविधा द्वारा उत्पन्न डेटा से प्राप्त कुछ महत्वपूर्ण निष्कर्ष इस प्रकार हैं: RDE-4 की संरचना (C. elegans): C. elegans में RDE-4 की ‘सॉल्यूशन संरचना’ (solution structure) ने इसके दोनों dsRBDs में संरचनात्मक संशोधनों को स्पष्ट किया, जो ‘ट्रिगर dsRNA’ के चयन के लिए जिम्मेदार थे।
पौधों में RNAi की शुरुआत: A. thaliana में DRB4 की ‘सॉल्यूशन संरचना’ और संरचना-आधारित सक्रियता परीक्षणों (activity assays) के माध्यम से पौधों में RNAi की प्रक्रिया की शुरुआत को समझा गया।
Crc की विशाल संरचना: Crc (~32 kDa) की सॉल्यूशन संरचना (जो संभवतः भारत में NMR द्वारा व्युत्पन्न सबसे बड़ी संरचना है) ने इसकी ‘नॉन-कैनोनिकल’ RNA बाइंडिंग सतह का खुलासा किया, जो ‘कार्बन कैटाबोलाइट रिप्रेशन’ (carbon catabolite repression) प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार है।
प्रोटीन ट्रांसलेशन के दौरान प्रूफरीडिंग: ट्रांस्लेशन अनुवाद (protein translation) के दौरान ‘चिरल प्रूफरीडिंग’ (chiral proofreading) की प्रक्रिया को समझने के लिए ‘इनैन्शियोसिलेक्शन’ (enantioselection) की प्रक्रिया का अध्ययन किया गया।
इन वर्षों में, NMR (स्ट्रक्चरल बायोलॉजी) सीसीएमबी की शोध गतिविधियों का एक अभिन्न अंग बन गया है और इसने कई परियोजनाओं में अत्यधिक योगदान दिया है, जिसमें थर्मोस्टेबल लाइपेस का अध्ययन और डिजाइन, रोगाणुरोधी पेप्टाइड्स (antimicrobial peptides) पर अध्ययन, झिल्लियों के साथ GPCRs के इंट्रासेल्युलर लूप के इंटरैक्शन का अध्ययन, और P. falciparum में प्रमुख प्रोटीनों के संरचना-कार्य संबंध शामिल हैं। NMR सुविधा द्वारा उत्पन्न डेटा का उपयोग CCMB से कई अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रशंसित वैज्ञानिक पत्रिकाओं जैसे Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2010), J. Mol. Biol. (2011), eLife (2013), Biochem. J. (2014), PLOS Biol. (2016), Nucl. Acids Res. (2017), और J. Magn. Res. Open (2022) में प्रकाशित शोध लेखों में किया गया है।
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अकादमिक और उद्योग
सीएसआईआर-सीसीएमबी (CSIR-CCMB) में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी केंद्र की स्थापना मार्च 2022 में शोधकर्ताओं को जीवन के आणविक आधारों को अभूतपूर्व विस्तार से समझने में मदद करने के लिए की गई थी। यह केंद्र अत्याधुनिक क्रायोजेनिक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और उन्नत कैमरों से सुसज्जित है, जो जैविक नमूनों की उनकी लगभग प्राकृतिक स्थितियों समकक्ष स्थितियों (near native conditions) में और उनके पतले खंडों (thin sections) की उच्च-थ्रूपुट इमेजिंग करने में सक्षम हैं। यह सुविधा परिष्कृत और उच्च-सटीकता के साथ नमूने तैयार करने वाले उपकरणों (sample preparation equipment) से भी सुसज्जित है।
यह केंद्र शोधकर्ताओं को बीमारियों के अंतर्निहित कारणों को स्पष्ट करने और उपचार के लिए नई चिकित्सा पद्धतियों एवं दवाओं के विकास में मदद करेगा। इस सुविधा का उपयोग न केवल सीएसआईआर-सीसीएमबी के वैज्ञानिकों द्वारा, बल्कि भारत के अन्य संस्थानों और दवा उद्योगों के उपयोगकर्ताओं द्वारा भी किया जा रहा है।
टालोस L120C एक 20-120 kV क्रायोजेनिक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी है जिसमें LaB6 फिलामेंट इलेक्ट्रॉन स्रोत है और यह फास्ट रीडआउट सेटा (Ceta) कैमरे से सुसज्जित है। इस सूक्ष्मदर्शी का उपयोग कमरे के तापमान या क्रायोजेनिक स्थितियों में जैविक नमूनों की इमेजिंग के लिए किया जाता है।
निर्माता: थर्मो फिशर साइंटिफिक
मॉडल: टालोस L120C
200 kV टालोस आर्कटिका (Talos Arctica) क्रायोजेनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में एक x-FEG इलेक्ट्रॉन स्रोत है और यह अल्ट्रा-हाई-रेजोल्यूशन संरचना निर्धारण के लिए फाल्कन IV (Falcon IV) डायरेक्ट इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर और CetaD कैमरों से सुसज्जित है। इसमें एक रोबोटिक ऑटोलोडर सिस्टम है जो 12 विट्रिफाइड ग्रिड तक संभालने में सक्षम है। ईपीयू (EPU) सॉफ्टवेयर सूट का उपयोग करके हाई-थ्रूपुट, स्वचालित इमेजिंग की जाती है।
निर्माता: थर्मो फिशर साइंटिफिक
मॉडल: टालोस आर्कटिका G2
कार्बन की पतली परतों के वैक्यूम जमा करने के लिए एक कॉम्पैक्ट, बेंच-माउंटेड, थर्मल इवेपोरेटर है। (अल्ट्रा थिन कार्बन सपोर्ट फिल्म तैयार करने के लिए)।
निर्माता: कोरम टेक (Quorum tech)
मॉडल: K975X
विट्रोबोट सिस्टम एक रोबोटिक सिस्टम है जिसका उपयोग उच्च-रिज़ॉल्यूशन क्रायोजेनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए सटीक तापमान और नमी नियंत्रित स्थितियों में पतली विट्रिफाइड ग्रिड तैयार करने के लिए किया जाता है। इस रोबोट में नियंत्रित ब्लॉटिंग मापदंडों द्वारा विट्रिफाइड नमूनों की सटीक बर्फ की मोटाई प्राप्त की जा सकती है, और यह न केवल नमूने की गुणवत्ता में सुधार करता है, बल्कि क्रायोजेनिक नमूना तैयार करने पुनरुत्पादनशीलता (reproducibility) भी प्रदान करता है।
निर्माता: थर्मो फिशर साइंटिफिक
मॉडल: विट्रोबोट मार्क IV
कमरे के तापमान या क्रायोजेनिक तापमान पर जैविक नमूनों के उच्च-गुणवत्ता वाले, बेहद पतले (~100nm मोटाई) परतों को प्राप्त करने के लिए, सीसीएमबी में एक कम तापमान वाला सेक्शनिंग अल्ट्रामाइक्रोटोम सिस्टम है।
निर्माता: लाइका माइक्रोसिस्टम्स (Leica Microsystems)
मॉडल: अल्ट्रामाइक्रोटोम टोम लाइका EM UC7 साथ में FC7
टीईएम (TEM) ग्रिड की सफाई, हाइड्रोफिलाइजेशन और सतह संशोधन के लिए ग्लो निर्वहन प्रणाली है। यह प्रणाली दो कक्षों (chambers) से सुसज्जित है जो शोधकर्ताओं को हवा में या रासायनिक वाष्प में निर्वहन करने में मदद करती है।
निर्माता: कोरम टेक (Quorum tech)
मॉडल: GLOQUBE plus
यह टर्बोमॉलिक्यूलर पंप्ड कोटर कम वैक्यूम पर काम करता है। यह सोने, प्लैटिनम आदि जैसी धातुओं के कम कण आकार (grain size) के साथ कणक्षेपण को सक्षम बनाता है। यह प्लाज्मा-निक्षेपित परत नमूनों को उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के लिए उपयुक्त बनाता है।
निर्माता: कोरम टेक (Quorum tech)
मॉडल: Q150T plus
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ईमेल: bdg[at]ccmb[dot]res[dot]in
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अकादमिक और उद्योग
यह सुविधा बायोमोलेक्यूल्स (biomolecules) की संरचना, फोल्डिंग/स्थिरता और उनके बीच की परस्पर क्रिया (interactions) से संबंधित प्रश्नों के समाधान के लिए अत्याधुनिक उपकरणों का एक बड़ी सूची प्रदान करती है। उपयोगकर्ताओं को उचित व्यावहारिक प्रशिक्षण (hands-on training) प्रदान किया जाता है, और उपकरण का समय बिजनेस डेवलपमेंट ग्रुप (BDG) को मेल भेजकर या एनालिटिक्स-सीएसआईआर (AnalytiCSIR) पोर्टल के माध्यम से (अकादमिक और औद्योगिक उपयोगकर्ताओं के लिए) चौबीसों घंटे बुक किया जा सकता है। बीसीएफ का प्रबंधन एक पीएचडी वैज्ञानिक द्वारा किया जाता है जो प्रयोगों और परिणामों के डिजाइन, कार्यान्वयन और विश्लेषण में शोधकर्ताओं की सहायता करते हैं। इसके अलावा, सीएसआईआर-सीसीएमबी का उपस्कर विभाग विभिन्न उपकरणों के रखरखाव और मरम्मत में सहायता करता है, जिससे उपकरणों के खाली रहने के समय (downtime) में कमी आती है।
बी.सी.एफ. संरचना, मोड़ने , ऊष्मागतिकी स्थापित करने और गति संबंधी, और मात्रा निर्धारण (quantitation) प्रयोगों के अध्ययन के लिए स्पेक्ट्रम विज्ञान और ऊष्मामापीय उपकरणों से सुसज्जित है। बायोमोलेक्यूलर अंतःक्रिया के लिए, बीसीएफ कई कैलोरीमेट्रिक उपकरण जैसे PEAQITC, ITC200, VP-ITC, और VPDSC, और नैनो टेम्पर मोनोलिथ (Nano Temper Monolith N115) जैसे नए उपकरण प्रदान करता है। माध्यमिक संरचना (secondary structure) निर्धारित करने के लिए, इस सुविधा में पेल्टियर-आधारित तापमान नियंत्रण के साथ जास्को J-815 सर्कुलर डिक्रोइज्म स्पेक्ट्रोमीटर, त्वरित आणविक आकार लक्षण वर्णन (molecular size characterization), जेटा पोटेंशियल के लिए होरिबा डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS) उपकरण और पाउडर नमूनों के लिए ब्रुकर का अल्फा FT-IR स्पेक्ट्रोमीटर है। प्रतिदीप्ति जीवनकाल (fluorescence lifetime) के साथ-साथ नियमित संदीपन/उत्सर्जन स्पेक्ट्रा (excitation/emission spectra) को मापने के लिए विभिन्न उच्च-स्तरीय फ्लोरोमीटर उपलब्ध हैं। उपकरणों की पूरी सूची इस प्रकार है:
कैलोरीमेट्री
स्पेक्ट्रोस्कोपी/फ्लोरोमेट्री
अन्य उपकरण
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