A krio-elektronmikroszkópia feltárja az apoferritin, egy üreges, gömb alakú fehérjekomplex atomos részleteit, amely vasat tárol.
Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology
Ha egy fehérje legapróbb részeit akarjuk feltérképezni, csak néhány lehetőségünk van: Rávehetsz több millió egyedi fehérjemolekulát, hogy kristályokba rendeződjenek, és röntgenkrisztallográfiával elemezheted őket. Vagy lefagyaszthatjuk a fehérje másolatait, és elektronokkal bombázhatjuk őket, ezt a kisebb felbontású módszert krio-elektronmikroszkópiának (krio-EM) nevezik. Most először a tudósok a krio-EM felbontását atomi szintre élesítették, lehetővé téve számukra, hogy különböző fehérjékben az egyes atomok helyzetét olyan felbontással határozzák meg, amely vetekszik a röntgenkrisztallográfia felbontásával.
“Ez egyszerűen elképesztő” – mondja Melanie Ohi, a Michigani Egyetem (Ann Arbor) krio-EM szakértője. “Ilyen szintű részletességet látni, egyszerűen gyönyörű.” Mivel a megnövelt felbontás pontosan feltárja, hogy az összetett sejtgépek hogyan végzik munkájukat, a krio-EM fejlesztései számtalan új betekintést nyújthatnak a biológiába.
A fehérjeszerkezetek feltérképezésére a tudósok az 1950-es évek vége óta használják a röntgenkrisztallográfiát. A kristályosított fehérjéket röntgensugarakkal bombázva és a röntgensugarak visszaverődését elemezve a tudósok ki tudják számítani a fehérje valószínű felépítését és alakját. A röntgensugarak, a detektorok és a számítógépek teljesítményének évtizedekig tartó fejlesztése gyorsabbá és pontosabbá tette ezt a megközelítést. A megközelítés azonban nem működik jól, ha a fehérjék kivételesen nagyok, olyan komplexekben működnek, mint a riboszóma, vagy nem kristályosíthatók, mint például sok olyan fehérje, amely a sejtmembránokban található.
Ezzel szemben a krio-EM-et használó kutatók elektronokat lőnek a fagyasztott fehérjék másolataira, amelyeket nem kell kristályosítani; a detektorok rögzítik az elektronok elhajlásait, és egy kifinomult szoftver összefűzi a képeket, hogy kiszámítsa a fehérjék felépítését és alakját. Japán kutatók korábban kimutatták, hogy a felbontást 1,54 angströmre tudták szűkíteni – ami nem éri el azt a pontot, hogy az egyes atomokat meg tudják különböztetni – egy apoferritin nevű bélfehérjében, amely megköti és tárolja a vasat. Most az elektronsugaras technológia, a detektorok és a szoftverek fejlesztésével két kutatócsoport – az Egyesült Királyságból és Németországból – 1,25 angströmre vagy még jobbra csökkentette ezt a felbontást, ami elég éles ahhoz, hogy az egyes atomok helyzetét meg lehessen határozni, jelentették ma a Nature-ben.
A megnövelt felbontás felgyorsíthatja a strukturális biológusok körében már folyamatban lévő krio-EM-re való áttérést. Egyelőre a technika csak olyan fehérjékkel működik, amelyek szokatlanul merevek. A kutatók legközelebb arra fognak törekedni, hogy hasonló éles felbontást érjenek el kevésbé merev, nagy fehérjekomplexeknél, mint például a spliceoszóma, egy fehérjékből és RNS-molekulákból álló nagy komplexum, amely kivágja az “intronokat” a fehérjékké alakítandó RNS-ből.