riga
Литва
Эстония
Латвия

Сюжеты

Жизнь под микроскопом: зачем замораживать молекулы.
РИА Новости

Жизнь под микроскопом: зачем замораживать молекулы

Нобелевскую премию по химии в 2017 году присудили за метод восстановления структуры биологических макромолекул с помощью криоэлектронной микроскопии, который позволяет получать изображения биомолекул фактически в их естественном состоянии. В России единственным современным криомикроскопом располагает Курчатовский институт, пишет РИА Новости.

Мгновенная заморозка

Образец, представляющий собой тонкую пленку раствора, в котором находятся изучаемые объекты, помещают в жидкий этан при температуре минус 182,8 градуса Цельсия. Раствор, содержащий биомолекулы, не кристаллизуется, а превращается в аморфный лед.

"По сути, криомикроскоп — обычный просвечивающий электронный микроскоп, но с очень эффективным детектором и рядом конструктивных модификаций, позволяющих исследовать образец при криогенных температурах, вплоть до температуры кипения жидкого азота — минус 195,75 °C.

Пучок ускоренных электронов проходит через тонкую пластинку образца, в нашем случае — аморфный лед с объектами. При этом фаза и амплитуда падающей волны меняются. В конечном итоге мы получаем многочисленные проекции отдельных молекул, которые по-разному ориентированы во льду", — объясняет Евгений Пичкур, инженер Ресурсного центра зондовой и электронной микроскопии Курчатовского института.

После предварительной настройки микроскоп делает множество снимков исследуемых объектов, замороженных во льду, — своеобразных микрофотографий, получаемых благодаря взаимодействию электронов с атомами образца. Программа их обрабатывает и формирует 3D-изображение объекта, например белка.

Следует понимать, что этот объект — модель, а не изображение вроде фотографии. Фактически она представляет собой усредненный образ изучаемой молекулы. Почему ему доверяют и считают невероятно точным? Дело в том, что образец с изучаемыми объектами тщательно готовят к исследованию на криомикроскопе.

Обычно стараются получить как можно более чистый и гомогенный раствор, где молекулы находятся практически в одинаковых пространственных конформациях. Конечно, положение разных атомов в биомолекулах немного отличается. Но при расчетах компьютер усредняет данные, строя универсальную модель.

Ключ к жизни

"Нам удалось создать модель бактериальной рибосомы с разрешением лучше трех ангстрем (ангстрем — одна десятимиллиардная доля метра. — Прим. ред.). Работа выполнялась при поддержке Российского научного фонда. Уровень вполне мировой для подобного рода объектов.

А еще это первая структура рибосомы с околоатомным разрешением, полученная целиком в России при помощи криоэлектронной микроскопии. Такое разрешение позволило визуализировать антибиотик. Его размер относительно рибосомы можно представить как песчинку на булыжнике", — рассказывает эксперт.

Механизм действия большого количества антибиотиков основан на том, что они мешают рибосомам бактерий синтезировать белки, и патоген погибает. Криоэлектронная микроскопия визуализировала это на молекулярном уровне.

"Надеемся, дальнейшая работа поможет продвинуться в понимании механизма биосинтеза белка, а также разработке новых, более эффективных антибиотиков", — говорит Евгений Пичкур.
По его мнению, через пять-десять лет технологии достигнут того, что мы увидим динамичную картинку крохотного биологического объекта. Визуализация быстрых, хотя бы порядка миллисекунд, процессов — исключительно важный этап, для которого еще предстоит разработать соответствующие инструменты и подходы.

С помощью криогенного электронно-микроскопического комплекса получены данные о структуре нескольких белков и патогенных вирусов и макромолекул. Также исследователи начали пионерские работы в области изучения процессов в живых клетках — образование мельчайших кристаллов с участием ДНК.

 

Загрузка...

Сюжеты