| by Вадим Вайтишин | No comments

Сокращение энергии может сделать криоЭМ-микроскопы доступными для многих лабораторий по всему миру.

Сокращение энергии может сделать криоЭМ-микроскопы доступными для многих лабораторий по всему миру
                Предоставлено: C Руссо, MRC Лаборатория молекулярной биологии.

Электронная криомикроскопия (криоЭМ), получившая Нобелевскую премию 2017 года, может быть в 10 раз дешевле за счет уменьшения энергии микроскопа и создания более совершенных детекторов для визуализации электронов с низкой энергией, согласно доказательству принципа, доказанному учеными в лаборатории молекулярной биологии MRC (MRC LMB).
                                                                                       

Они стремятся сократить затраты на запуск криоЭМ, чтобы сделать его более доступным для ученых во всем мире, чтобы они могли определять структуры многих других белков, которые важны для понимания биологии и улучшения здоровья человека.

Разработка cryoEM, в которой ученые MRC LMB играли ведущую роль, особенно доктора Ричарда Хендерсона, удостоенного Нобелевской премии за эту работу, значительно улучшила качество и диапазон биологических структур, которые можно выявить.

Однако этот метод все еще очень дорог в настройке и эксплуатации — ученые говорят, что высокопроизводительные криоЭМ установки могут стоить 5 миллионов фунтов стерлингов при установке с эксплуатационными расходами, включая управление в диапазоне 250 000 фунтов стерлингов в год, что выводит его из строя. охват многих лабораторий, которые могли бы извлечь выгоду из использования микроскопов для исследования проблем в биологии и медицине.

р. Кристофер Руссо из Лаборатории молекулярной биологии MRC, который руководил этим исследованием, сказал: «Наша цель — сделать криоЭМ доступным для любой лаборатории, которая в этом нуждается, чтобы быстрое и простое определение структуры любой очищенной биологической молекулы, представляющей интерес» широко доступны для ученых всего мира.

«Настоящим сюрпризом здесь является то, что снижение энергии электронного пучка не только удешевляет инструмент, но и, вероятно, сделает его еще лучше. Это редкая беспроигрышная ситуация, когда физика диктует способ удешевления и лучше в то же время. «

В новом исследовании энергия пучка электронов, который подается на образец, была снижена с нынешнего стандарта 200 или 300 тысяч электрон-вольт (кэВ) до 100 кэВ.

К сожалению, современные детекторы плохо работают при этих более низких энергиях, поэтому команда продемонстрировала новый способ использования детектора другого типа, называемого «гибридный пиксельный детектор», для создания точных изображений белков.

За неделю, когда работал прототип микроскопа, они смогли получить изображения пяти образцов (для которых были определены структуры): капсид вируса гепатита В, бактериальная рибосома 70S, каталаза, защита ДНК во время голодания, белок и гемоглобин. На основании этих данных им удалось определить трехмерные структуры для каждого из белков.

р. Руссо добавил: «Уровень разрешения не был мировым рекордом, но был таким же хорошим, как более 90% структур, определенных на всех высококачественных криоЭМ микроскопах в прошлом году. Главное, чтобы было достаточно деталей, чтобы построить хорошие молекулярные модели, и мы продемонстрировали это здесь. «

Для сравнения: до разработки современной криоЭМ определение структуры капсида вируса гепатита В заняло ученых MRC LMB более года, а первая структура гемоглобина заняла много лет и стала важной вехой в биологии.

Детектор, используемый командой LMB в этом новом криоЭМ микроскопе с более низкой энергией, не был специально сконструирован — он был в 32 раза меньше, чем используемые в настоящее время высокоэнергетические детекторы; Ученые говорят, что необходимо будет создать детектор большего размера, оптимизированный для работы при 100 кэВ. Это займет несколько лет, и в настоящее время ведутся проекты по созданию более крупных, более быстрых и дешевых камер, специально предназначенных для электронов с энергией 100 кэВ.

р. Руссо сказал: «Тем не менее, предстоит еще проделать большую работу, чтобы превратить этот лабораторный прототип в коммерческий микроскоп, который может купить любая биологическая лаборатория. Основным ограничением в настоящее время является детектор — в прототипе используется небольшая камера, которая по количеству пикселей похожа на Ранние камеры для мобильных телефонов. Мы продемонстрировали потенциал, но теперь нам нужны большие, более быстрые и более мощные электронные камеры, чтобы они действительно взлетели — так же, как современные телефонные камеры сегодня. На основе этой работы несколько компаний и исследовательских групп сейчас работают над эта цель, и, надеюсь, через несколько лет эта технология станет широко доступной, как часть простого дешевого микроскопа, который сможет себе позволить любая биологическая лаборатория. «

Ученые утверждают, что новый микроскоп, разработанный таким образом, может сделать машину намного меньше, проще и в 10 раз дешевле в эксплуатации, но при этом предоставит детали, необходимые для изучения молекулярной структуры белков.

Другое недавнее исследование, проведенное учеными из MRC LMB, также показало, что более низкие энергии электронов могут улучшить качество изображений по сравнению со стандартными, высокоэнергетическими инструментами, используемыми сегодня.

Исследование опубликовано в Журнале Международного союза кристаллографии ./p>

Поделись

Добавить комментарий