Достижения, достигнутые в революционной технологии электронного микроскопа, позволили исследователям преодолеть барьер атомного разрешения и отобразить отдельные атомы в белке. Это огромный шаг вперед для процесса, называемого крио-электронной микроскопией, который раньше никогда не позволял получать изображения с таким высоким разрешением.
Крио-электронная микроскопия быстро произвела революцию в структурной биологии с тех пор, как в 2017 году трое ученых получили Нобелевскую премию по химии за ее разработку в высоком разрешении. С тех пор усовершенствования электронно-лучевой технологии наряду с оптимизацией программного обеспечения позволили ей глубже проникнуть в молекулярные структуры, чем когда-либо прежде. Визуальное изучение атомной структуры белков значительно продвинет наше понимание клеточных процессов, будь то взаимодействие ферментов или визуализация связывания лекарств.
В настоящее время эта технология наступает на пятки более широко используемой рентгеновской кристаллографии - сложного процесса, на выполнение которого иногда могут уйти месяцы или, для некоторых белков, который может вообще не дать изображения.
Чтобы отобразить белки с такой детализацией, крио-электронная микроскопия требует довольно низких температур. После взятия белков и их охлаждения до криогенных температур (около -200 ° C) на образец направляется электронный луч. Обычная электронная микроскопия требует сложной подготовки образца, но при криоэлектронной микроскопии все, что требуется, - это образец, который нужно заморозить до твердого состояния. Электроны атакуют образец и отскакивают обратно в детектор, который затем отправляет данные через компьютерное программное обеспечение, чтобы понять их. Программа сшивает окончательное изображение, и вы можете приступить к изучению структуры вашего белка.
Как сообщается в журнале Nature, команде удалось получить изображение белка с таким высоким разрешением, что все атомы в нем были четко видны. Это первый случай, когда отдельные атомы в структуре белка могут быть четко различимы на изображении, полученном с помощью крио-электронного микроскопа.
Крио-ЭМ карта белка апоферритина. Отдельные атомы, нанесенные на карту с помощью крио-электронной микроскопии (крио-ЭМ), демонстрируют реконструированную плотность апоферритина. Фото: Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology
Для белка, называемого апоферритин (обычно обнаруживаемого как ферритин, молекулы, накапливающей железо), полученное изображение имело удивительное разрешение 1,25 Ангстремов, что побило предыдущие рекорды в 1,54 Ангстремов. Апоферритин используется в крио-электронной микроскопии из-за его чрезвычайной стабильности и стал надежным тестовым образцом, позволяющим довести технологию до предела возможностей.
Реконструкция всего капсида апоферритина. Фото: Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology
По мере того как прорывы в технологии продолжаются, возможности безграничны в отношении того, как крио-электронная микроскопия будет формировать структурную биологию. Однако похоже, что мы приближаемся к пределу возможностей текущей итерации. По словам Хольгера Старка, биохимика и специалиста по электронному микроскопу из Института биофизической химии Макса Планка, мы можем увидеть ограниченное улучшение последних результатов.
«Параметра ниже 1 Å почти невозможно достичь крио-электронной микроскопией», - заявляет Старк в разговоре с журналистами издания Nature. «Получение такой структуры с существующими современными технологиями потребует «нескольких сотен лет записи данных и нереалистичного количества вычислительной мощности и емкости хранения данных».
Источник: IFLScience
