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非洲同步加速器能力得到重大提升

2021-07-23 15:55          同步加速器

钻石光源鸟瞰图,英国哈威尔校区。照片钻石光源。

最近由英国 (UK) 国家同步加速器钻石光源(Diamond Light Source)举办的虚拟庆祝活动突出了开普敦大学 (UCT) 在国际合作中的作用,该合作正在发展非洲使用高科技、大规模基础设施的能力同步加速器以原子分辨率支持生物学、催化和能源材料的研究。

同步加速器是非常大的机器(几个橄榄球场的大小),可以将电子加速到几乎光速;它们产生用于检查物质结构的电磁辐射,从电子结构的亚纳米级到用于医学成像的微米和毫米级。这项技术的应用范围很广,包括化学、地质学、古生物学、凝聚态物理学、材料科学、生物学和医学。

该计划资助了大约 30 名博士后研究人员的研究、同步加速器技术研讨会、交流访问以及位于Aaron Klug 成像和分析中心/电子显微镜单元 (EMU) 的UCT 的结构生物学资源中心。迄今为止,该计划已导致发表了 50 多篇研究论文并培训了新一代科学家。此外,近 20 种蛋白质结构已存放在全球蛋白质数据库中,该计划在钻石光源同步加速器(钻石)上使用了 230 多个远程和现场移位。

在东开普省 Keiskamma 艺术项目的科学家和女性之间的多学科合作中,这些结果已转化为 24 件艺术品。丰富的刺绣挂毯讲述了科学背后的故事,并试图让更广泛的观众参与到作品中。


来自 GCRF START SciART 项目的艺术家 Siyabonga Maswana 和刺绣工匠 Nozibele Nxadi 和 Thembisa Gusha 拿着大型复合挂毯面板。

案例研究和职业影响

在 Diamond 主办的虚拟活动中庆祝了这些成就,这标志着该融资周期的结束。它由科学家和资助共同研究员理查德卡特洛爵士主持,他是卡迪夫大学和伦敦大学学院的化学家和教授,以及皇家学会的外交秘书。庆祝活动以案例研究、早期职业影响的例子以及 Diamond 合作的重要性为特色。

首席研究员克里斯尼克林教授说,让新一代同步加速器用户使用世界一流的设备并投资他们的技能和能力,丰富和深化了英国和非洲的研究。

“展望未来,整个 START 网络对 'START 2' 有着巨大的需求,特别是如果要实现在非洲建造同步加速器(非洲光源)的雄心,”他补充道。

“我们目前正在寻找继续保持势头并在 START 有希望的遗产基础上继续发展的方法。”

不断增长的资源

该计划由 UCT 主导的组成部分支持了 UCT 的卓越、可持续性和转型愿景 2030 支柱。

休厄尔教授的共同研究人员是埃德·斯图罗克教授和杰里米·伍德沃德博士。Sewell 说,这里的进展非常好。

Lizelle Lubbe 博士解决了人类体细胞血管紧张素转换酶 (ACE) 的第一个高分辨率冷冻电镜结构。这是一项重大的科学突破,为了解该酶的生物学机制提供了关键见解,并促进了用于治疗心血管疾病的新型域选择性 ACE 抑制剂的开发。

他们的项目在全国范围内招募和培训了 12 名博士后研究助理。在 12 人中,Lauren Arendse和 Andani Mulelu 现在在 UCT 的整体药物发现和开发部门工作。

“UCT 的工作是建立一个可以使用电子显微镜或 X 射线晶体学证明整个结构生物学工作流程的中心,”Sewell 说。

“我们的工作是举办研讨会,以扩大结构生物学家的数量。我们的中心还将支持在其他大学建立资源,并将该计划扩大到包括历史上处于不利地位的大学。”

在伍德沃德博士的领导下,UCT 还在通过低温电子显微镜 (cryo-EM) 确定蛋白质结构方面处于领先地位。UCT 拥有大陆上唯一的冷冻电镜,以及唯一的冷冻电镜样品制备和冷冻电镜图像数据处理设备。

“必须解决的一个主要问题实际上是将材料送到同步加速器进行低温条件下的分析。解决这个问题,尤其是在大流行期间海关和港口卫生法规严格执行的情况下,解决这一问题并非易事,”Sewell 补充道。

样品的运输和退回由 EMU 的 Sean Karriem 处理,由 Judy Fillmore 在 UCT 的国外采购和支付部门提供支持。

“他们是该计划的无名英雄,”休厄尔说。

交流访问也是该计划的重要组成部分,但因 COVID-19 大流行而中断。

“然而,那些确实发生的事件对相关人员的工作产生了巨大的影响,”休厄尔说。

必要资金

联合调查员克莱斯教授说,GCRF START 赠款提供的那种资金对新研究人员来说至关重要。

“如果你没有这种网络和支持,对于那些刚开始从事该领域的人来说是非常困难的。这是关于自尊,所以这就是 GCRF START 赠款发挥重要作用的地方 - 提高产出,建立信心。对于该领域的新手来说,使用同步加速器技术似乎势不可挡。”

催化研究员 Mohamed Fadlalla 博士是该计划的成功人士之一。Fadlalla 博士正在研究能源材料,于 2018 年开始担任 GCRF START 资助的博士后研究员。此后他被提升为研究人员的领导角色。

Claeys 说,Fadlalla 的故事展示了科学发展和科学家职业发展如何共生,在这种情况下,由 GCRF START 资助。


Michael Claeys 教授和 Mohamed Fadlalla 博士。照片Rebekka Stredwick / 钻石光源。

“除了促进惊人的科学,GCRF START 赠款在我作为科学家的职业发展中发挥了重要作用,”Fadlalla 说。

“这不仅使我的兴趣集中在能源材料催化剂的开发上;我还在Diamond学习了新能源材料表征技术并进行了实验,非常成功。”

Fadlalla 还开始教授催化研究所的理学硕士课程,他现在将他的新技能传授给非洲的新兴科学家。此后,他获得了 NRF‑Thuthuka 资助和 UCT 整体资助,以支持他未来的研究。

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