Что такое криоэлектронная микроскопия

А ведь за неё вручили Нобелевскую премию по химии

Что такое криоэлектронная микроскопия?

С начала XX века ученые пытались понять, как устроены “кирпичики” жизни — белки, ДНК и РНК — и пытались найти подходящие инструменты для их изучения. Такими инструментами стали рентгеновская кристаллография и ЯМР-спектроскопия. Но у этих методов есть свои ограничения: к примеру, для кристаллографии, как видно из названия, нужны хорошо организованные кристаллы, которые далеко не всегда можно получить.

В 60-х годах XX века люди начали пытаться смотреть на биологические объекты с помощью электронного микроскопа (это такой микроскоп, в котором вместо светового потока, как в обычном оптическом микроскопе, используется пучок электронов). Но получалось не очень: электронный микроскоп не справлялся с “живой” материей.

“Основная проблема в электронной микроскопии в чем? Чтобы электроны свободно летели в колонне электронного микроскопа, нужен вакуум. Без вакуума они далеко не улетят. В вакуум вы не можете поместить какой-то биологический объект без обработки, потому что он очень влажный, весь вакуум сразу же испортится”, — объясняет профессор РАН, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Ольга Соколова.

Жак Дюбоше добавил в процесс воду: в конце 80-х годов он научился очень быстро ее замораживать, чтобы она создавала вокруг образца пленку, и тот сохранял бы свою форму в вакууме. “Лед Дюбоше — это специальный лед, который не рассеивает электроны. Вы его не видите, вы видите только молекулы, которые заморожены в этом льду”, — пояснила Соколова.

В 1990 году Ричард Хендерсон первым сумел получить с помощью электронного микроскопа трехмерное изображение белка родопсина в разрешении до отдельных атомов. Мембранные белки очень трудно кристаллизовать, поэтому криоэлектронная микроскопия — едва ли не единственный способ изучить их структуру.

Нобелевский комитет пишет, что метод криоэлектронной микроскопии “перевел биохимию в новую эру”. Более того, метод успел засветиться и в других Нобелевских премиях. Тому Стайц, Венкатраман Рамакришнан и Ада Йонат в 2009 году получили награду за определение структур рибосомы — и они сделали это именно с помощью криоэлектронной микроскопии.

Почему это важно?

Нобелевский комитет пишет, что метод криоэлектронной микроскопии “перевел биохимию в новую эру”.

“Это один из самых быстроразвивающихся методов, который позволяет много чего получить — структуры белков, вирусов, макромолекул. Этот метод сейчас находится на острие науки”, — считает заведующий лабораторией электронной микроскопии НИЦ “Курчатовский институт” Александр Васильев.

Более того, метод успел засветиться и в других Нобелевских премиях. Тому Стайц, Венкатраман Рамакришнан и Ада Йонат в 2009 году получили награду за определение структур рибосомы — и они сделали это именно с помощью криоэлектронной микроскопии.