Что такое криогенный электронный микроскоп?

Что такое криогенный электронный микроскоп?

Криогенный электронный микроскоп (CryoEM) — это тип просвечивающей электронной микроскопии, который может наблюдать трехмерную структуру биомолекул, таких как белки, путем замораживания образцов в жидком азоте (-350 °F).

Аналитические методы с использованием CryoEM быстро развивались в последние годы, и в 2017 году Нобелевская премия по химии была присуждена трем исследователям, участвовавшим в их разработке. Как новый метод анализа, который был внедрен на практике в последние годы, он, как ожидается, внесет значительный вклад в развитие различных областей в будущем, включая открытие лекарств, медицину и науки о жизни.

Применение криогенных электронных микроскопов

КриоЭМ были разработаны для анализа трехмерной структуры биомолекул, таких как белки, с высоким разрешением. Обычная рентгеновская кристаллография сложна для анализа из-за сложности кристаллизации белков. Однако криоэлектронные микроскопы позволяют анализировать белки в растворе. Также возможно анализировать высокомолекулярные белки, что было сложно сделать с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Недавние активные исследования и разработки значительно улучшили разрешение, позволяя проводить анализ на атомном уровне до 1,5 Å (1 Å (ангстрем) = 10 в минус десятой степени метра).

Принцип работы криогенных электронных микроскопов

С помощью просвечивающих электронных микроскопов, которые являются основой криоЭМ, трудно наблюдать структуру образца, содержащего молекулы воды, например, белка, сохраняя его структуру, поскольку образец облучается электронными пучками в вакууме. Поэтому криоЭМ позволяют проводить наблюдение, сохраняя структуру образца, быстро замораживая его в жидком азоте (-350 ºF).

При наблюдении молекулярной структуры белка или другой молекулы с помощью криоЭМ слабый электронный пучок облучается, чтобы минимизировать повреждение молекулярной структуры белка или другой молекулы электронным пучком. В результате полученное изображение очень шумное. Поэтому мы делаем многочисленные фотографии одного и того же белка и реконструируем трехмерную структуру белка путем усреднения большого количества данных изображения. Такой метод анализа называется одночастичным анализом.

За практическим применением и улучшением производительности криоЭМ, конечно же, стоят улучшения производительности самих инструментов, таких как электронная пушка, линза и камера, включая механизм охлаждения, а также множество технологических инноваций, таких как новые методы анализа изображений, основанные на глубоком обучении и улучшенной вычислительной мощности компьютеров.