Microscopia crio-electronică dezvăluie detaliile atomice ale apoferitinei, un complex proteic gol, de formă sferică, care stochează fierul.
Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology
Dacă doriți să cartografiați cele mai mici părți ale unei proteine, aveți doar câteva opțiuni: Puteți să convingeți milioane de molecule individuale de proteine să se alinieze în cristale și să le analizați folosind cristalografia cu raze X. Sau puteți să congelați copii ale proteinei și să le bombardați cu electroni, o metodă cu rezoluție mai mică numită crio-microscopie electronică (cryo-EM). Acum, pentru prima dată, oamenii de știință au ascuțit rezoluția crio-EM la nivel atomic, permițându-le să identifice cu precizie pozițiile atomilor individuali într-o varietate de proteine la o rezoluție care rivalizează cu cea a cristalografiilor cu raze X.
„Este pur și simplu uimitor”, spune Melanie Ohi, expert în crio-EM la Universitatea din Michigan, Ann Arbor. „Să vezi acest nivel de detaliu, este pur și simplu frumos”. Deoarece rezoluția sporită dezvăluie exact modul în care mașinăriile celulare complexe își îndeplinesc sarcinile, îmbunătățirile în crio-EM ar trebui să aducă nenumărate noi perspective în biologie.
Pentru a cartografia structurile proteinelor, oamenii de știință au folosit cristalografia cu raze X încă de la sfârșitul anilor 1950. Bombardând proteinele cristalizate cu raze X și analizând modul în care razele X ricoșează, oamenii de știință își pot da seama de componența și forma probabilă a unei proteine. Decenii de îmbunătățiri aduse fasciculelor de raze X, detectoarelor și puterii calculatoarelor au făcut ca această abordare să fie rapidă și precisă. Cu toate acestea, abordarea nu funcționează bine atunci când proteinele sunt extrem de mari, funcționează în complexe precum ribozomul sau nu pot fi cristalizate, așa cum este cazul multor proteine care se află în membranele celulare.
În schimb, cercetătorii care folosesc crio-EM trag cu electroni în copii ale proteinelor înghețate care nu trebuie să fie cristalizate; detectoarele înregistrează devierile electronilor, iar un software sofisticat îmbină imaginile pentru a elabora alcătuirea și forma proteinelor. Cercetătorii din Japonia au arătat anterior că au putut reduce rezoluția la 1,54 angstromi – fără a ajunge la punctul în care să poată distinge atomii individuali – într-o proteină intestinală numită apoferritină, care leagă și stochează fierul. Acum, cu ajutorul unor îmbunătățiri în tehnologia fasciculului de electroni, a detectoarelor și a software-ului, două grupuri de cercetători – din Marea Britanie și Germania – au redus această rezoluție la 1,25 angstromi sau mai bine, suficient de precisă pentru a calcula poziția atomilor individuali, raportează ei astăzi în Nature.
Rezoluția îmbunătățită ar putea accelera trecerea la crio-EM, deja în curs de desfășurare în rândul biologilor structurali. Deocamdată, tehnica funcționează doar cu proteine care sunt neobișnuit de rigide. În continuare, cercetătorii se vor strădui să obțină o rezoluție ascuțită similară cu complexe proteice mai puțin rigide și mai mari, cum ar fi spliceosomul, un complex mare de proteine și molecule de ARN care taie „intronii” din ARN-ul destinat a fi transformat în proteine.
.