Objectif
No-one could have foreseen that Julian Schwinger's calculations on the energy changes encountered by an electron moving on a circular path could result in construction of tools that have had a major impact on biological sciences and the discovery of new pharmaceuticals. Over the past twenty years synchrotron radiation has been successfully applied to a wealth of fundamental problems in life sciences, yielding dramatic improvements in the understanding of biological and chemical phenomena. Recent successes have also witnessed atomic resolution imaging using X-ray holography. A closely related area of new developments is electron diffraction, offering direct ways for atomic resolution structure determinations on crystals many million times smaller than those used in routine X-ray studies.
Given the tremendous importance of diffraction techniques within structural biology, it is highly pertinent to ask: Where does crystallography go from here? The objective of this proposal is to initiate in Europe theoretical and experimental studies to explore untried frontiers at the physical limits of macromolecular imaging. Within this proposal, we plan to utilise current technology but we also anticipate the imminent emergence of new electron and X-ray sources capable of producing intense and coherent radiation pulses of femtosecond-attosecond durations. Our preliminary calculations based on optimal boundary conditions indicate such electron or photon pulses may allow the direct imaging of Fourier transforms of single macromolecules, viruses or larger structures without the need to amplify scattered radiation through Bragg reflections. This area is virtually unexplored. As the potential benefits from studies in these field are substantial, a comprehensive and rigorous investigation of these ideas is necessary and timely.
The planned work combines long-term objectives with immediate deliverables. Paramount within the programme is the need to determine theoretically the smallest sample size from which it may be physically possible to obtain useful structural information. This may be a single molecule (could we get rid of the crystal in crystallography?), a closed periodic cluster of molecules, or an open periodic structure (nanocrystals, microcrystals). In WORK PACKAGE 1, we will study theoretically the dynamics of Xray and electron scattering from biomolecules and their multimers in ultrashort exposure times at high radiation intensities. We will asses time-dependent components in radiation damage and their effect on image quality as a function of dose, pulse length, sample size, sample dynamics, and signal to noise ratio (Budapest, Karlsruhe, Uppsala, Stockholm).
The main experimental aim of the proposal is to develop methods for the preparation, characterisation and handling of nanocrystals, nanoclusters and single molecules. This has immediate relevance to electron microscopy and crystallography. In WORK PACKAGE 2 procedures will be developed for assembling proteins of choice into regular nanoclusters or nanocrystals (Uppsala). Methods will be developed for the specific attachment of target proteins to the surface of icosahedral virus capsids. WORK PACKAGE 3: With ultrasmall samples, standard procedures for sample selection, characterisation and handling will no longer be appropriate. We will develop novel electrospray techniques (Oxford) to select and collect single particles and nanoclusters of molecules on electron microscopy grids inside the mass spectrometer. WORK PACKAGE 4: The samples will then be used for structural studies by electron cryomicroscopy and electron diffraction (Stockholm, London). The methods will be applied to studies on both soluble and membrane proteins.
Keywords: nanocrystals, nanoclusters, mass spectrometry, single molecule imaging, ultrafast diffraction methods, X-ray diffraction, electron diffraction, holographic data processing, electron cryomicroscopy, membrane protein structure
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. Voir: Le vocabulaire scientifique européen.
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Programme(s)
Programmes de financement pluriannuels qui définissent les priorités de l’UE en matière de recherche et d’innovation.
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Thème(s)
Les appels à propositions sont divisés en thèmes. Un thème définit un sujet ou un domaine spécifique dans le cadre duquel les candidats peuvent soumettre des propositions. La description d’un thème comprend sa portée spécifique et l’impact attendu du projet financé.
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Appel à propositions
Procédure par laquelle les candidats sont invités à soumettre des propositions de projet en vue de bénéficier d’un financement de l’UE.
Données non disponibles
Procédure par laquelle les candidats sont invités à soumettre des propositions de projet en vue de bénéficier d’un financement de l’UE.
Régime de financement
Régime de financement (ou «type d’action») à l’intérieur d’un programme présentant des caractéristiques communes. Le régime de financement précise le champ d’application de ce qui est financé, le taux de remboursement, les critères d’évaluation spécifiques pour bénéficier du financement et les formes simplifiées de couverture des coûts, telles que les montants forfaitaires.
Régime de financement (ou «type d’action») à l’intérieur d’un programme présentant des caractéristiques communes. Le régime de financement précise le champ d’application de ce qui est financé, le taux de remboursement, les critères d’évaluation spécifiques pour bénéficier du financement et les formes simplifiées de couverture des coûts, telles que les montants forfaitaires.
Coordinateur
751 23 UPPSALA
Suède
Les coûts totaux encourus par l’organisation concernée pour participer au projet, y compris les coûts directs et indirects. Ce montant est un sous-ensemble du budget global du projet.