Нефть Brent
$75.17
+1.25%
11
МОСКВА, 28 февраля 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. Как прибор действует и что с его помощью исследуют, запомнило.
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, находящий 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 полученный результате мы получаем многочисленные проекции отдельных молекул, которые по-разному ориентированы во льду, объясняет Евгений Пичкур, конструктор Ресурсного центра зондовой и электронной микроскопии Курчатовского института.
После предварительной настройки ультрамикроскоп делает множество снимков исследуемых объектный, замороженных во льду, своеобразных микрофотографий, получаемых благодаря взаимодействию электронов с атомами образца. Программа их обрабатывает и формирует 3D-изображение спинара, например белка.
Следует понимать, что этот объект модель, а не изображение вроде рожи. 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 не менее 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 представленные, строя универсальную модель.
Ключ к жизни
Нам удалось получить модель бактериальной рибосомы с разрешением лучше трех ангстрем (ангстрем одна десятимиллиардная доля метра. Прим. ред. ). 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 изрядного количества антибиотиков основан на том, что они мешают рибосомам бактерий синтезировать белки, и патоген погибает. Криоэлектронная микроскопия визуализировала это на молекулярном показателе.
Надеемся, дальнейшая работа поможет продвинуться в понимании механизма синтеза белка, а также разработке новых, более эффективных антибиотиков, говорит Евгений Пичкур.
По его мнению, через пять-десять лет технологии достигнут того, что мы вообразим динамичную картинку крохотного биологического спинара. Визуализация быстрых, хотя бы порядка миллисекунд, процессов исключительно важный этап, для которого еще светит разработать соответствующие инструменты и подходы.
С помощью криогенного электронно-микроскопического комплекса созданным данные о структуре нескольких рогов и патогенных вирусов и макромолекул. Также исследователи начали первопроходческие работы в области изучения процессов в живых клетках образование мельчайших кристаллов с участием ДНК.
