Katerina Naydenova, Peipei Jia & Christopher J. Russo / Science, 2020
Британские исследователи создали подложку для криоэлектронной микроскопии, которая уменьшает неопределенность положения молекул белка. Благодаря мелким и густо расположенным порам в золотой сетке такой подложки слой льда не деформировался, а положение растворенных в нем молекул белка не менялось. Усовершенствованный метод позволил визуализировать структуру белков без их разрушения с разрешением менее двух ангстрем. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Криоэлектронная микроскопия позволяет получать трехмерные изображения структуры белков с атомарным разрешением без необходимости выращивания монокристалла. На охлаждаемую подложку электронного микроскопа наносят белок тонким слоем так, что отдельные молекулы не заслоняют друг друга, и собирают данные в течение нескольких часов. Затем изображения объединяют в одно и получают информацию о структуре белка. Молекулы на подложке не неподвижны, и из-за этого движения изображение размывается, поэтому для получения более точной информации о структуре необходимо усреднить данные с десятков тысяч микрофотографий.
Причин нестабильного положения молекул несколько, наибольшее влияние оказывают движение самой подложки, ее деформация и изменения механических свойств льда, в котором растворены молекулы. Обычно подложки для криоэлектронной микроскопии представляют собой сетки с порами диаметром один-два микрона. Над такими отверстиями слой ледяной матрицы изгибается при облучении электронами, и изображение размывается.
Катерина Найденова (Katerina Naydenova) с коллегами из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям разработала подложки с меньшими порами, которые предотвращали эти эффекты. Для создания сеток с плотно расположенными отверстиями диаметром 200–300 нанометров ученые использовали кремниевые матрицы, на которые с помощью метода электронно-лучевого испарения разместили слой золота.
Подобрав оптимальные размеры пор и толщину фольги, авторы использовали золотую сетку для исследования белка DPS (DNA protection during starvation). Разработанные подложки помогли получить информацию о его структуре с разрешением меньше двух ангстрем за девять часов сбора данных.
По словам авторов, дополнительная обработка сетки материалами вроде модифицированного графена поможет избавиться от ограничений использования такой подложки из-за контактов с воздухом или влагой. А применение новых разработок в криомикроскопии с температурами близкими к нулю кельвинов позволит получать еще более четкие изображения.
За разработки метода криоэлектронной спектроскопии в 2017 году дали Нобелевскую премию по химии. Больше об этом важном методе можно почитать в нашем материале «Тени во льду». В этом году премию по химии также присудили за исследования в области, близкой к биологии: Дженнифер Дудне и Эммануэль Шарпантье получат вознаграждение за развитие метода редактирования генома CRISPR/Cas.
Алина Кротова