Jeśli chcesz zmapować najdrobniejsze części białka, masz tylko kilka opcji: Możesz zmusić miliony pojedynczych cząsteczek białka do ułożenia się w kryształy i przeanalizować je za pomocą krystalografii rentgenowskiej. Można też zamrozić kopie białka i bombardować je elektronami – jest to metoda o niższej rozdzielczości, zwana mikroskopią krioelektronową (cryo-EM). Teraz, po raz pierwszy, naukowcy wyostrzyli rozdzielczość krio-EM do poziomu atomowego, pozwalając im wskazać pozycje poszczególnych atomów w różnych białkach z rozdzielczością, która rywalizuje z rozdzielczością krystalografii rentgenowskiej.

„To jest po prostu niesamowite”, mówi Melanie Ohi, ekspertka krio-EM na Uniwersytecie Michigan w Ann Arbor. „Zobaczyć ten poziom szczegółowości, to jest po prostu piękne”. Ponieważ podwyższona rozdzielczość ujawnia dokładnie, jak złożone maszyny komórkowe wykonują swoje zadania, ulepszenia w cryo-EM powinny przynieść niezliczone nowe spojrzenie na biologię.

Aby odwzorować struktury białek, naukowcy używają krystalografii rentgenowskiej od późnych lat pięćdziesiątych. Bombardując skrystalizowane białka promieniami rentgenowskimi i analizując sposób, w jaki promienie rentgenowskie odbijają się od nich, naukowcy mogą opracować prawdopodobny skład i kształt białka. Dziesiątki lat ulepszania wiązek promieniowania rentgenowskiego, detektorów i mocy komputerów sprawiły, że metoda ta jest szybka i dokładna. Ale podejście to nie działa dobrze, gdy białka są wyjątkowo duże, działają w kompleksach, takich jak rybosom, lub nie mogą być krystalizowane, jak to jest w przypadku wielu białek, które siedzą w błonach komórkowych.

W przeciwieństwie do tego, badacze używający cryo-EM strzelają elektronami do kopii zamrożonych białek, które nie muszą być skrystalizowane; detektory rejestrują odchylenia elektronów, a wyrafinowane oprogramowanie zszywa obrazy razem, aby opracować makijaż i kształt białek. Naukowcy z Japonii już wcześniej wykazali, że mogą zawęzić rozdzielczość do 1,54 angstremów – nie osiągając punktu, w którym mogliby rozróżnić poszczególne atomy – w białku jelitowym zwanym apoferrytyną, które wiąże i magazynuje żelazo. Teraz, z pomocą ulepszeń w technologii wiązki elektronowej, detektorów i oprogramowania, dwie grupy badaczy – z Wielkiej Brytanii i Niemiec – zawęziły tę rozdzielczość do 1,25 angstremów lub lepiej, wystarczająco ostro, aby opracować pozycję poszczególnych atomów, donoszą dziś w Nature.

Poprawiona rozdzielczość może przyspieszyć przejście na krio-EM, które już trwa wśród biologów strukturalnych. Na razie technika ta działa tylko w przypadku białek, które są niezwykle sztywne. Następnie badacze będą dążyć do osiągnięcia podobnej, ostrej rozdzielczości w przypadku mniej sztywnych, dużych kompleksów białkowych, takich jak spliceosom, duży kompleks białek i cząsteczek RNA, który wycina „introny” z RNA przeznaczonego do przekształcenia w białka.

.