Целые десятилетия рентгеновская кристаллография остаётся основой развития многих научных областей. Этот метод позволил установить структуру и принципы функционирования множества биологических молекул, включая витамины, медикаменты, протеины и, конечно, нуклеиновые кислоты, такие как ДНК. 

Однако для получения надёжных и полных данных о структуре требуется вырастить большой монокристалл образца. Увы, слишком часто нельзя вырастить вообще никакого кристалла (и тогда приходится идти на разные нетривиальные ухищрения). Но что ещё хуже, остро стоит проблема разрушения с огромным трудом добытых биологических образцов под действием высокоэнергетичного рентгеновского излучения.

Схема, представляющая принципы работы фемтосекундной нанокристаллографии (иллюстрация Petra Fromme / ASU).

По словам физика Джона Спенса из Аризонского университета (США), разрешение получаемых биологами изображений всегда было резко ограничено тем разрушающим воздействием, которое оказывала на образец радиация. А что если облучающий электромагнитный импульс будет достаточно коротким, чтобы исчезнуть ещё до того, как начнётся необратимое разрушение образца, но при этом будет содержать достаточно фотонов для генерации качественной дифракционной картины? Новый метод проведения рентгеноструктурного анализа учёный представил на ежегодной конференции Американской ассоциации содействия развитию науки в Ванкувере (Канада).

Объединив усилия с группой из Калифорнийского университета в Дэвисе (США) и другими коллегами, г-н Спенс продемонстрировал серию изображений фемтосекундной дифракции (10-15 с), полученную при использовании первого в мире «непромышленного» твердотельного рентгеновского лазера на протеиновых нанокристаллах Photosystem I. При этом нанокристаллы буквально распылялись (инжектировались) сквозь луч рентгеновского лазера. После чего массив данных, полученный с нанокристаллов самых разных форм и размеров, анализировался по методу Монте-Карло. Результаты сопоставлялись с данными для большого протеинового монокристалла, и их качество было признано сравнимым.

Исследователь полагает, что всё это пока лишь заря использования фемтосекундных дифракционных изображений. Однако уже сейчас ясно, что метод способен обеспечить данные высокого разрешения на наноуровне.

Подробную информацию о реализации новой технологии и анализе данных ищите в журнале Acta Crystallographica Section A.

Остаются, правда, без ответа вопросы о том, как будут собираться распылённые нанокристаллы (иначе — опять потеря драгоценного материала) и применим ли метод к неподвижным, нераспыляемым объектам. С другой стороны, заря — она и есть заря...