Разработана новая технология криоэлектронной микроскопии, обеспечивающая рекордную разрешающую способность

Posted by admin on 28 октября, 2020

Группа исследователей из Института биофизики Макса Планка, Геттинген, Германия, разработала новую технологию криоэлектронной микроскопии, разрешающая способность которой настолько высока, что она позволяет видеть отдельные атомы, входящие в структуру белков и других органических молекул, а получаемые при ее помощи снимки обладают очень высоким контрастом и четкостью. Новая технология сможет обеспечить прорыв в понимании того, как работают различные белки, каким образом вирусы атакуют живые клетки и т.п. Это же, в свою очередь, позволит в недалеком будущем разработать максимально эффективные лекарственные препараты против COVID-19, к примеру, и других заболеваний.

Отметим, что технология криоэлектронной микроскопии (cryo electron microscopy, cryo-EM) уже давно находится на службе человечества. Так как большие органические молекулы необычайно подвижны, то получение изображения их структуры в трех измерениях является сложной задачей. Для захвата изображений таких молекул, они, эти молекулы, охлаждаются до криогенных температур быстрыми, можно сказать, ударными темпами. Замороженные и застывшие молекулы «засыпаются» потоками электронов и специальные датчики фиксируют электронные изображения, использующиеся для последующих вычислений трехмерной структуры молекулы. Разработчики этой технологии, Жак Дюбоше (Jacques Dubochet), Джоаким Франк (Joachim Frank) и Ричард Хендерсон (Richard Henderson), получили за это Нобелевскую премию по химии в 2017 году.

Однако, электронные микроскопы, используемые в технологии cryo-EM, по сути, являются традиционными оптическими инструментами, которые страдают от некоторых «неприятных» оптических эффектов, так же, как и обычные фото- и видеокамеры. И, для получения высочайшей разрешающей способности ученым потребовалось полностью убрать искажения, возникающие в оптической системе электронного микроскопа. «Мы оснастили наше новое устройство двумя дополнительными электронно-оптическими компонентами» — пишут исследователи, — «Эти элементы гарантируют, что ошибки и искажения, порождаемые оптическими линзами, полностью перестают влиять на качество результирующего изображения».

Сейчас при помощи нового криоэлектронного микроскопа было сделано около миллиона снимков белка апоферритина (apoferritin), что позволило составить «карту» его молекулярной структуры с разрешающей способностью в 1.25 ангстрема (одной десятимиллионной доли миллиметра). «Благодаря этому мы стали способны видеть отдельные атомы в молекуле» — пишут исследователи, — «Для нас это выглядит, словно на микроскоп одели какие-то дополнительные супер-очки. Теперь мы смогли заметить некоторые особенности структуры белка, которые никто не видел ранее. Мы можем увидеть плотность распределения атомов водорода и даже различать химические модификации молекулы, различающиеся положением одного единственного атома».

Отметим, что параллельно с этим подобных результатов с разрешающей способностью технологии cryo-EM удалось добиться и другой группе исследователей из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям, Кембридж, Великобритания. Они получили высокую разрешающую способность совершенно другим способом, чем это сделали немецкие ученые, но все это вместе указывает на еще нераскрытый до конца потенциал технологии. «Вполне возможно, что технология cryo-EM в недалеком будущем доберется и до субатомного уровня разрешающей способности» — пишут исследователи.