冷冻电镜新研究:利用廉价技术制作高分辨率图像

哈勒-维滕贝格马丁路德大学(MLU)的生物化学家们使用标准低温电子显微镜获得了令人惊讶的高品质图像,该图像与更先进的设备所拍摄的图像相当。他们已经成功地在原子水平上确定了铁蛋白的结构。该研究结果发表在《PLOS ONE》杂志上。

冷冻电镜新研究:利用廉价技术制作高分辨率图像
低温电子显微镜产生的载铁蛋白3D结构。

近年来,低温电子显微镜变得越来越重要,特别是在揭示蛋白质结构方面。这项新技术的开发者在2017年获得了诺贝尔化学奖。

由Panagiotis Kastritis博士领导的研究小组在2019年获得了一台电子低温显微镜,该设备在同类产品中并不是最好的。Kastritis和他的同事们还是成功地确定了储铁蛋白apoferritin的结构,最小为2.7ångströms (Å),换句话说,几乎精确到单个原子。1个ångström相当于十分之一的纳米。这使得该研究小组与拥有更昂贵设备的部门处于同一水平。铁蛋白经常被用作参考蛋白,以确定相应显微镜的性能水平。就在最近,两个研究小组以约1.2Å的分辨率打破了新纪录。只有使用功能强大的仪器才能实现这样的价值,全世界只有少数研究小组可以使用这些仪器。该研究方法是为许多实验室的显微镜而设计的。

低温电子显微镜是非常复杂的设备。即使很小的失准也会使图像无用。对它们进行正确的编程很重要,而Halle具有做到这一点的技术专长。但是,在收集数据之后进行的分析同样重要。研究人员开发了一种新方法来创建蛋白质的高分辨率模型,他们使用X射线晶体学技术-这是确定蛋白质结构的另一种技术,需要将蛋白质结晶化。他们能够将一种改进形式的图像分析技术与低温电子显微镜拍摄的图像相结合。这使得电荷状态和单个水分子变得清晰可见。

这是一种很有吸引力的方法,不需要非常昂贵的显微镜,而是需要大量的计算能力,而MLU拥有这种能力。现在,除了使用X射线晶体学,冷冻电镜还可以用于产生蛋白质图像–特别是那些难以结晶的蛋白质。这样就可以在高校进行具有医学和生物技术潜力的样品结构分析方面外部合作。

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