Rušenje rezolucijskih barijera za promatranje individualnih atoma
Elektronska mikroskopija široko je korištena metoda kojom je moguće vrlo jasno i precizno vizualizirati stanične organele, citoskelet, granule i proteine u stanici. Elektronski mikroskop koristi zraku ubrzanih elektrona kao izvor obasjavanja uzorka, a s obzirom da valna duljina elektrona može biti i do 100 000 puta kraća od valne duljine fotona, odnosno vidljive svjetlosti, takav mikroskop ima daleko veću moć rezolucije od svjetlosnog. Tako se mogu razlučiti veličine do 50 pm i povećati slika do 10 000 000 puta, a ubrzanim razvojem mikroskopije u posljednjih nekoliko desetljeća došlo je do rušenja brojnih rezolucijskih barijera – uključujući, nedavno, onu za promatranje individualnih atoma pomoću krio-elektronske mikroskopije.
Krio-elektronska mikroskopija (krio-EM) je metoda kojom se uzorak smrzne u tekućem etanu toliko brzo da voda stvori amorfni ne-kristalni led. Na taj se način uzorak očuva u svom otopljenom obliku, što je najbliže nativnom stanju. Tijekom godina, došlo je do revolucionarnog napretka u načinima detekcije odbijenih elektrona od uzorka i programima za analizu dobivenih slika te su uspješno dobivene slike proteinskih struktura koje su bile gotovo jednako dobre kao i one dobivene kristalografijom X-zraka. Iako se još uvijek radi o glavnoj metodi strukturalne biologije, utvrđivanje strukture pomoću kristalografije X-zraka nije jednostavno jer znanstvenici ponekad troše mjesece ili godine u nastojanju stvaranja proteinskih kristala, dok mnogi proteini važni u medicinskim stanjima uopće ne stvaraju upotrebljive kristale. Za razliku od toga, za krio-EM je potreban samo pročišćeni protein u otopini.
MRC Laboratory of Molecular Biology
Ove godine, znanstvenici predvođeni biokemičarom i stručnjakom za elektronsku mikroskopiju Holgerom Starkom s Instituta Max Planck i znanstvenici predvođeni strukturalnim biolozima Sjorsom Scheresom i Raduom Aricescuom iz Cambridgea uspjeli su pomoću krio-EM dobiti sliku pojedinačnih atoma. Grupe su pritom dobile sliku proteina na rezoluciji od 1,25 i 1,2 angstrema što je omogućilo uvid u pojedinačne atome vodika, bilo u proteinu, bilo u molekulama vode što su okruživale protein. Ovakva rezolucija pospješuje razumijevanje strukture i načina rada enzima, što u konačnici omogućuje identifikaciju i razvoj novih lijekova koji mogu blokirati njihovu aktivnost.
No, iako se radi o većem broju proteina koje je moguće analizirati u odnosu na kristalografske metode, nisu svi proteini dovoljno stabilni za pripremu za krio-EM te će u budućnosti trebati raditi na poboljšanju same tehnike pripreme. Bez obzira na to, ovi rezultati predstavljaju velik pomak u mikroskopiji i predviđa se da će dovesti do toga da krio-EM postane glavna metoda istraživanja u strukturalnoj biologiji.
