Pokud chcete zmapovat nejmenší části proteinu, máte jen několik možností: Můžete přimět miliony jednotlivých molekul bílkovin, aby se seřadily do krystalů, a analyzovat je pomocí rentgenové krystalografie. Nebo můžete bleskově zmrazit kopie proteinu a bombardovat je elektrony, což je metoda s nižším rozlišením zvaná kryoelektronová mikroskopie (kryoEM). Nyní vědci poprvé zostřili rozlišení kryo-EM na atomární úroveň, což jim umožňuje přesně určit polohu jednotlivých atomů v různých proteinech s rozlišením, které konkuruje rozlišení rentgenové krystalografie.

„To je prostě úžasné,“ říká Melanie Ohiová, odbornice na kryo-EM z Michiganské univerzity v Ann Arbor. „Vidět takovou úroveň detailů, to je prostě nádhera.“ Protože zvýšené rozlišení přesně odhaluje, jak složité buněčné stroje vykonávají svou práci, mělo by zdokonalení kryoEM přinést nespočet nových poznatků o biologii.

K mapování struktury proteinů vědci používají rentgenovou krystalografii již od konce 50. let 20. století. Bombardováním krystalizovaných proteinů rentgenovým zářením a analýzou způsobu, jakým se rentgenové paprsky odrážejí, mohou vědci zjistit pravděpodobné složení a tvar proteinu. Díky desetiletím zdokonalování rentgenových paprsků, detektorů a výkonu počítačů je tento postup rychlý a přesný. Tento přístup však nefunguje dobře, pokud jsou bílkoviny výjimečně velké, fungují v komplexech, jako je ribozom, nebo je nelze vykrystalizovat, což je případ mnoha bílkovin, které se nacházejí v buněčných membránách.

Naproti tomu vědci používající kryoEM pálí elektrony do kopií zmrazených proteinů, které nemusí být krystalizované; detektory zaznamenávají výchylky elektronů a sofistikovaný software spojuje obrazy dohromady, aby zjistil složení a tvar proteinů. Výzkumníci v Japonsku již dříve ukázali, že dokázali snížit rozlišení na 1,54 angströmu – což ještě neznamená, že dokázali rozlišit jednotlivé atomy – u střevního proteinu zvaného apoferritin, který váže a ukládá železo. Nyní s pomocí vylepšení technologie elektronových paprsků, detektorů a softwaru dvě skupiny výzkumníků – ze Spojeného království a Německa – zúžily toto rozlišení na 1,25 angströmu nebo lépe, což je dostatečně ostré, aby bylo možné zjistit polohu jednotlivých atomů, uvádějí dnes v časopise Nature.

Zvýšené rozlišení by mohlo urychlit přechod ke kryoEM, který již mezi strukturními biology probíhá. Technika zatím funguje pouze u proteinů, které jsou neobvykle tuhé. Příště budou vědci usilovat o dosažení podobně ostrého rozlišení u méně tuhých, velkých proteinových komplexů, jako je spliceosom, velký komplex proteinů a molekul RNA, který z RNA určené k přeměně na proteiny vyřezává „introny“.