Mikroskopia krio-elektronowa w końcu przełamuje barierę rozdzielczości atomowej

Jeśli chcesz zmapować najmniejsze części białka, masz tylko kilka opcji: Możesz nakłonić miliony pojedynczych cząsteczek białka, aby dopasowały się do kryształów i przeanalizować je za pomocą krystalografii rentgenowskiej. Można też zamrozić kopie białka i bombardować je elektronami, metodą o niższej rozdzielczości, zwaną mikroskopią krio-elektronową (cryo-EM). Teraz, po raz pierwszy, naukowcy wyostrzyli rozdzielczość cryo-EM do poziomu atomowego, umożliwiając im precyzyjne określenie pozycji poszczególnych atomów w różnych białkach z rozdzielczością, która może konkurować z krystalografią rentgenowską.

„To jest po prostu niesamowite” – mówi Melanie Ohi, ekspert ds. Cryo-EM na Uniwersytecie Michigan w Ann Arbor. „Aby zobaczyć ten poziom szczegółowości, jest po prostu piękny”. Ponieważ zwiększona rozdzielczość pokazuje dokładnie, w jaki sposób złożone maszyny komórkowe wykonują swoje zadania, ulepszenia w cryo-EM powinny dostarczyć niezliczonych nowych informacji na temat biologii.

Do mapowania struktur białek naukowcy używają krystalografii rentgenowskiej od późnych lat pięćdziesiątych XX wieku. Bombardując skrystalizowane białka promieniami rentgenowskimi i analizując sposób odbijania się promieni rentgenowskich, naukowcy mogą określić prawdopodobny skład i kształt białka. Dziesięciolecia ulepszeń wiązek rentgenowskich, detektorów i mocy komputerów sprawiły, że podejście to stało się szybkie i dokładne. Ale podejście to nie działa dobrze, gdy białka są wyjątkowo duże, działają w kompleksach, takich jak rybosom lub nie można ich skrystalizować, jak ma to miejsce w przypadku wielu białek znajdujących się w błonach komórkowych.

W przeciwieństwie do tego, naukowcy wykorzystujący elektrony cryo-EM wystrzeliwują kopie zamrożonych białek, które nie muszą być krystalizowane; detektory rejestrują odchylenia elektronów, a zaawansowane oprogramowanie łączy obrazy w celu ustalenia składu i kształtu białek. Naukowcy z Japonii wykazali wcześniej, że potrafią zawęzić rozdzielczość do 1,54 angstremów – nie do końca osiągając punkt, w którym mogliby rozróżnić poszczególne atomy – w białku jelitowym zwanym apoferytyną, które wiąże i przechowuje żelazo. Teraz, z pomocą ulepszeń w technologii wiązki elektronów, detektorach i oprogramowaniu, dwie grupy badaczy – z Wielkiej Brytanii i Niemiec – ograniczyły to do 1,25 angstremów lub lepiej, wystarczająco ostrych, aby określić położenie poszczególnych atomów, poinformowano w Nature.

Zwiększona rozdzielczość mogłaby przyspieszyć przejście na cryo-EM, które już trwa wśród biologów strukturalnych. Na razie ta technika działa tylko w przypadku białek, które są niezwykle sztywne. Następnie naukowcy będą dążyć do osiągnięcia podobnej ostrej rozdzielczości przy użyciu mniej sztywnych, dużych kompleksów białkowych, takich jak spliceosom, duży kompleks białek i cząsteczek RNA, który wycina „introny” z RNA przeznaczonego do przekształcenia w białka.

Źródło: Robert F. Service

‘We need a people’s cryo-EM.’ Scientists hope to bring revolutionary microscope to the masses

Atomic-resolution protein structure determination by cryo-EM

Single-particle cryo-EM at atomic resolution

Zdjęcie: PAUL EMSLEY/MRC LABORATORY OF MOLECULAR BIOLOGY

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x