Un laser de 75 kilowați ajută microscopul să vadă proteine mici, greu de fotografiat până acum
Multe proteine din corp sunt prea mici pentru microscopia crio-electronică obișnuită, deși sunt ținte importante pentru medicamente. Un laser foarte puternic le aduce mai aproape de a putea fi văzute.
Fizicienii de la Universitatea California, Berkeley, au arătat că un laser extrem de puternic poate îmbunătăți imaginile microscopiei crio-electronice (cryo-EM) pentru proteine mici. Rezultatul a fost publicat în revista Science, sub titlul „Laser phase plate improves structure determination of small proteins by cryo-EM”, iar echipa a fost condusă de Holger Müller.
Problema de la care pornesc cercetătorii e simplă de spus. Cryo-EM fotografiază molecule înghețate, dar proteinele mai mici de aproximativ 70 de kilodaltoni ies slab contrastate și greu de reconstruit. Potrivit sursei, ele alcătuiesc cam 90% din proteomul uman, deci o mare parte din ce face corpul nostru rămâne greu de văzut cu această tehnologie.
Cum funcționează
Instrumentul, numit Theia, e un microscop Thermo Fisher Krios personalizat. Pentru a crește contrastul fără a slăbi fasciculul de electroni, el folosește un „phase plate” făcut din lumină: un laser focalizat în câțiva microni, de 75 de kilowați, descris de autori drept cel mai intens laser continuu focalizat din lume. Lumina se reflectă de peste 10.000 de ori într-o cavitate sferică cu oglinzi, ca să atingă intensitatea necesară pentru a deplasa faza electronilor cu 90 de grade.
Ce s-a obținut
Cu laserul, proteine de până la aproximativ 50 de kilodaltoni pot fi imaginate, deși rămâne dificil. Echipa a testat șase probe de mărimi și preparări diferite, între ele aldolază și hemoglobină, iar câștigul a fost mai ales pronunțat la hemoglobină. Ideea a fost propusă în 2010, iar dezvoltarea a cerut aproximativ 15 ani, din care cam un deceniu doar pentru construirea sistemului laser.
Ce urmează și limitări
Aceasta este o demonstrație de cercetare, nu o tehnologie de rutină. Câștigul e cel mai mare la proteine mici și la probe slabe, iar la proteine mari, pe probe bune, placa de fază poate să nu fie necesară. Ținta viitoare este mioglobina, de circa 17 kilodaltoni, dar pentru asta ar putea fi nevoie de un fascicul de electroni mai strâns focalizat, lucru care nu a fost încă demonstrat. Biohub din Redwood City construiește un instrument înrudit, cu două lasere, descris într-un preprint bioRxiv care nu a trecut încă de evaluarea colegilor.