Laser forbedrer tidsopløsningen for CryoEM

I 2017, Jacques Dubochet, Joachim Frank, og Richard Henderson vandt Nobelprisen i kemi for deres bidrag til kryo-elektronmikroskopi (cryoEM), en billeddannelsesteknik, der kan fange billeder af biomolekyler som proteiner med atompræcision.

I cryoEM, prøver er indlejret i glaslegeme, en glaslignende form for is, der opnås, når vand fryses så hurtigt, at krystallisering ikke kan forekomme. Med prøven forglasset, billeder i høj opløsning af deres molekylære struktur kan tages med et elektronmikroskop, et instrument, der danner billeder ved hjælp af en elektronstråle i stedet for lys.

CryoEM har åbnet nye dimensioner inden for biovidenskab, kemi, og medicin. For eksempel, det blev for nylig brugt til at kortlægge strukturen af ​​SARS-CoV-2 spike-proteinet, hvilket er målet for mange af COVID-19-vaccinerne.

Proteiner ændrer konstant deres 3D -struktur i cellen. Disse konformationelle omlejringer er en integreret del af proteiner til at udføre deres specialiserede funktioner, og finder sted inden for milliontedele til tusindedele af et sekund. Sådanne hurtige bevægelser er for hurtige til at blive observeret i realtid ved hjælp af aktuelle cryoEM -protokoller, gør vores forståelse af proteiner ufuldstændige.

Men et team af forskere ledet af Ulrich Lorenz ved EPFL's School of Basic Sciences har udviklet en cryoEM -metode, der kan fange billeder af proteinbevægelser på mikrosekund (en milliontedel af et sekund) tidsskala. Værket er udgivet i Chemical Physics Letters.

Metoden involverer hurtig smeltning af den forglasede prøve med en laserpuls. Når isen smelter til en væske, der er et indstilleligt tidsvindue, hvor proteinet kan induceres til at bevæge sig på den måde, de gør i deres naturlige flydende tilstand i cellen.