Відразу дві наукові групи повідомили про створення кріоелектронних мікроскопів, що дозволяють проводити вимірювання з роздільною здатністю 1.2 ангстрема. Такий дозвіл дає можливість вивчати роботу біомолекул на атомарному рівні. Препринти доступні на сайті bceRxiv (1, 2), коротко про ці дослідження розповідається в редакційній статті.
Кріоелектронна мікроскопія - це форма просвічуючої електронної мікроскопії, в якій зразок досліджується при низьких температурах. Такий підхід дозволяє природним чином фіксувати об'єкти на відміну від рентгенівської кристалографії, де зразок штучно кристалізується. При вивченні об'єкта методами рентгенівської кристалографії дослідники можуть витрачати місяці і роки на те, щоб змусити кристалізуватися досліджувану структуру, а багато важливих з медичної точки зору білки не утворюють придатних для використання кристалів. Детальніше про кріоелектронну мікроскопію та її плюси ви можете прочитати в нашому матеріалі «Тіні в льоду».
Основне застосування кріоелектронних мікроскопів полягає в дослідженні органічних структур. У 2017 році Нобелівської премії з хімії були удостоєні Жак Дюбоше (Jacques Dubochet), Йоахім Франк (Joachim Frank) і Річард Хендерсон (Richard Henderson) з формулюванням «за розвиток кріоелектронної мікроскопії високого дозволу для визначення структури біомолекул в розчинах». Однак для розуміння роботи біомолекул на атомному рівні дозвіл сучасних кріоелектронних мікроскопів необхідно поліпшити.
22 травня з'явилося два незалежних препринти на сайті biorXiv (1, 2) від групи з Німеччини під керівництвом Хольгера Старка (Holger Stark) і групи з Англії під керівництвом Сторса Шереса (Sjors H.W. Scheres), де були представлені методи визначення тривимірної структури білків за допомогою кріоелетронного мікроскопа з роздільною здатністю до 1.25 і ангремста відповідно 1.2. Така роздільна здатність дозволяє побачити окремі атоми в некристалізованому білку - наприклад, радіус атома водню 0.5 ангстрем, а золота 1.7 ангстрем.
Обидві групи вивчали білок апоферритин. Група Старка вивчала структуру білка за допомогою установки, яка гарантує, що електрони, випромінювані мікроскопом, переміщуються з однаковою швидкістю перед тим, як потрапити на зразок - такий метод істотно підвищує роздільну здатність зображень. Група Шереса використовувала схожу технологію для підтримки постійної швидкості електронів, більше того вони застосували методи постобробки, які зменшують шум від відображених електронів.
Група Шереса протестувала побудовану вимірювальну систему на спрощеній формі білка ГАМКА-рецептора. Цей білок знаходиться в мембрані нейронів, саме на нього діє єзія, заспокійливі і багато інших ліків. Минулого року група Шереса використовувала кріоелектронний мікроскоп для вивчення цього білка з роздільною здатністю 2.5 ангстрема. Використовуючи нову установку, дослідники досягли дозволу в 1.7 ангстрема, з ще вищою роздільною здатністю в деяких ключових частинах білка (до 1.2 ангстрема). На перший погляд, різниця здається невеликою, але на таких масштабах десята частка ангстрема грає вирішальне значення.
Метод кріоелектронної мікроскопії активно використовується вченими. Наприклад, з його допомогою була встановлена структура поверхні вірусу Зіка, різних білків, в тому числі дізнаються початок гена, контролюючих циркадні ритми, що забезпечують чутливість клітин до тиску.