Convertir la structure de la protéine en fichier pour imprimante 3D

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Convertir la structure de la protéine en fichier pour imprimante 3D (fichier .STL)

Préalable

Il faut avoir choisi une - ou plusieurs -protéine-s pertinente-s. L'accès à des protéines connues est proposé par PDB à partir de ce poster) http://pdb101.rcsb.org/browse/you-and-your-health et une sélection de protéines pertinentes au secondaire est proposée cf. (scénario ici).

Si on trouve cette procédure complexe, on peut directement aller chercher le fichier .STL à imprimer dans ce même scénario Déterminer la structure 3D d'une protéine biologiquement importante

Procédure

  • Etape 2 Télécharger la structure de la protéine (d'abord en format .pdb)
    • ‘Download Files’, choisir PDB Format’ Exemple pour CFTR-> 5UAK
  • Etape 3 Ouvrir le fichier PDB dans UCSF Chimera
  • Etape 4 Cacher les structures « internes » Menu ‘Actions’, choisir ‘Hide’-> Ribbon (le ruban disparait- s'il n'y a pas d'autres molécules l’écran est noir-) puis choisir ‘Hide’-> Atoms/Bonds
  • Etape 5 Faire calculer la "surface" de la molécule Menu ‘Actions’ -> ‘Surface, choisir ‘show’ (plusieurs secondes d’attente... La surface est visible et peut être visualisée en 3D virtuelle à l'écran
    • Si un message d’erreur indiquant une surface trop complexe apparaît (cela peut provenir des résidus cachés : si la surface parait ok on peut ignorer ce message) Sinon :-> Menu préférence -> new surface -> paramètre "Probe" réduire (p.ex 1) "Vertex" augmenter (p. ex. 2.5)
  • Etapes optionnelles:
    • Pour supprimer une molécule utilisée pour la cristallisation Menu Select -> residue -> all non-standard Menu Action -> atoms/bonds / hide ou delete Select residue (nucleotides ou aminoacids) Action color -> choisir une couleur pour visualiser Action hide voir Eduardos_Guide_for_Printing_Proteins.pdf pour plus d’options
  • Etape 6 : Exporter en .STL
    • Menu ‘File’ choisir ‘Export Scene’ et sélectionner type de fichier[.stl] - attendre plusieurs secondes (voire 1-2 minute) Attention les fichiers peuvent être très gros (20-90MB souvent). Compresser Zip les réduit 2-3 fois !
  • Etape 7
    • Copier le fichier .STL sur une clé USB ou un service de cloud
  • Etape 8
    • Aller vers un geek ou un fablab comme le centre d’impression 3D au SEMLab et faire imprimer le fichier STL
      • Faire vérifier que l’impression est possible (ajustements probables, notamment pour que la structure soit "manifold" et l'ajout de supports pour étayer - qui seront ensuite enlevés : cf figure ci-contre)
        Protéine imprimée en 3D (TaqPolymérase) avec les supports qui seront encore enlevés.
        Protéine imprimée en 3D (TaqPolymérase) avec les supports qui seront encore enlevés.

Ce qu'on peut obtenir : p. ex, synthèse par un élève des résultats avec une classe

Vous recevez un protéine imprimée

  • Peut-on utiliser votre modèle imprimé pour comprendre comment la forme détermine la fonction de la protéine ?

Selon la protéine cela peut être plus ou moins difficile. Si vous ne trouvez pas utilisez Immunoglobuline IgG ( http://www.rcsb.org/structure/1igy)

  • Trouver votre protéine imprimée dans Uniprot, chercher sa fonction
    • Cette information permet-elle de comprendre comment sa forme permet sa fonction ?
  • L'aligner avec quelques autres espèces - si possible
    • Quelles parties de la protéine pourraient –à votre avis - changer un peu suite à une mutation sans gravement mettre en cause son fonctionnement et finalement réduire la fécondité ?
    • Pour quelles autres parties un changement risque-t-il de nuire au fonctionnement de la protéine ?
  • Repérer les zones conservées - pourraient être site actif
  • Tenter de repérer les zones significatives dans la séquence (hydrophobe -> transmembranaire, DNA-binding ->régulation, réplication, réparation ou expression ADN)

Synthèse :

Composer un petit texte résumant ces points :

Nom de la protéine, Code Uniprot, Code PDB, Fonction, justification

Sur la base de cet exemple et de ceux des autres de la classe la forme détermine-t-elle en général complètement la fonction ? Nuancez.

Ressources

Références

Scénario établi en partie sur la base des indications scientifiques de M.-C. Blatter du SIB

Beltrame da Veiga, E. (2016). Eduardo’s Guide for 3D Printing Proteins. https://nercomp.org/uploadFiles/31FB00000032.filename.Eduardos_Guide_for_Printing_Proteins.pdf

Beltrame, da Veiga E., Tyrwhitt-Drake, J., Roy, I., Shalaby, R., Suckale, J., & Krummel, D. P. (2017). 3D printing of biomolecular models for research and pedagogy. JoVE (Journal of Visualized Experiments), 121, e55427. https://doi.org/10.3791/55427

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