Физики из Калифорнийского университета в Беркли создали технологию, которая значительно повышает контрастность криоэлектронных микроскопов (cryo-EM). Новая лазерная фазовая пластина позволяет детально изучать белки, которые ранее были слишком малы для наблюдения, что открывает новые возможности в биохимии и разработке лекарств.
Главная проблема современной криоэлектронной микроскопии – низкая контрастность при изучении малых молекул. Стандартные методы не позволяют получать четкие изображения белков массой менее 70 килодальтон. При этом около 90% всех белков в организме человека не превышают этот порог. Разработка ученых из Беркли снижает эту планку до 50 килодальтон, делая видимыми такие важные белки, как гемоглобин.
Технология основана на принципе фазового контраста, который почти сто лет назад произвел революцию в световой микроскопии и был отмечен Нобелевской премией в 1953 году. Суть метода в том, что при прохождении через образец пучок электронов меняет свою фазу. Ученые научились с помощью мощного лазера управлять этой фазой, преобразуя невидимые фазовые сдвиги в видимое изменение яркости на итоговом изображении.
Для этого инженеры создали систему, которую называют самым интенсивным в мире сфокусированным лазером непрерывного действия. В сферической камере с зеркалами луч многократно отражается, накапливая мощность до 75 киловатт в точке размером в несколько микрон. Этот сфокусированный свет взаимодействует с электронным пучком микроскопа, не повреждая сам биологический образец.
Модернизированный микроскоп, получивший имя «Тея», уже продемонстрировал свою эффективность. В то же время в исследовательском центре Biohub создают альтернативную версию с двумя лазерами меньшей мощности, чтобы снизить риск перегрева и оптических искажений. Обе команды сотрудничают с ведущим производителем крио-ЭМ оборудования Thermo Fisher Scientific.
Новая технология, как ожидается, станет прорывной для криоэлектронной томографии (cryo-ET) – метода, который позволяет строить трехмерные модели молекул и наблюдать за их взаимодействием непосредственно внутри клетки. По словам исследователей, это позволит впервые увидеть, как «молекулярные машины» работают в своей естественной среде, что коренным образом изменит понимание механизмов развития болезней.
