Наука о белках выходит на новый уровень благодаря возвращению давно забытой, но теперь усовершенствованной технологии. Международная команда ученых смогла получить удивительно детальные изображения белковых структур, используя метод криоэлектронной микроскопии — cryo-EM. Это способ сканирования молекул при помощи потока электронов, позволяющий увидеть расположение атомов внутри белка. Ключевым фактором в этом процессе является охлаждение образцов, так как чем ниже температура, тем меньше разрушения молекулы под воздействием электронного луча. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В теории, охлаждение до температуры жидкого гелия, около 4 Кельвинов, должно было многократно снизить повреждения образца и обеспечить невероятную четкость снимков. Однако, вопреки ожиданиям, первые эксперименты с гелием 40 лет назад давали лишь размытые изображения, и эта техника была отложена на долгие годы.
Теперь группа исследователей из Великобритании наконец разгадала эту загадку. Оказалось, что причина размытия не в температуре, а в поведении льда, окружающего белки. При экстремальном охлаждении лед начинает расширяться, изгибая структуру и сдвигая молекулы, из-за чего изображение теряет резкость. Чтобы устранить этот эффект, ученые модернизировали конструкцию микроскопа: замена медной подложки на золотую и уменьшение отверстий для замораживания образцов снизили деформации и позволили получить изображение белков с четкостью на 1,5 раза выше прежней.
Этот прорыв открывает новые возможности для изучения сложных белковых комплексов и крошечных молекул, которые до сих пор оставались за пределами возможностей микроскопов. Особенно это важно для мембранных белков — специфических молекул, находящихся на поверхности клеток и отвечающих за «общение» клетки с окружающей средой. Эти белки считаются одними из главных целей для разработки новых лекарств, но до сих пор плохо поддавались исследованию из-за сложностей с их кристаллизацией — необходимым этапом для других методов, таких как рентгеновская кристаллография.
Ученые надеются, что благодаря ультрахолодной микроскопии удастся не только лучше рассматривать уже известные белки, но и открыть тысячи новых структур, которые долгое время оставались невидимыми. Производители микроскопов уже работают над созданием оборудования, которое позволит стабильно использовать гелий, чтобы с еще большей четкостью и глубиной исследовать микромир.
Пока одна технология выводит четкость изображений белков на новый уровень, другая открывает путь к прямому различению отдельных молекул в наномире, позволяя изучать вещества с беспрецедентным разрешением и без разрушения образца.
