Onderzoekers van Forschungszentrum Jülich en Heinrich Heine University Düsseldorf onder leiding van prof. dr. Carsten Sachse gebruiken cryo-elektronenmicroscopie, of kortweg cryo-EM, om biomoleculen op atomair niveau zichtbaar te maken. In een paper dat nu is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Methods , presenteren ze een nieuwe methode die cryo-EM combineert met een methode die anders wordt gebruikt in materiaalonderzoek. De resultaten worden ook gepresenteerd en geclassificeerd in een Natuur Briefing.

De nog relatief nieuwe techniek van cryo-EM heeft een beslissend voordeel ten opzichte van röntgenkristallografie die al tientallen jaren routinematig wordt gebruikt:eiwitbouwstenen kunnen in hun natuurlijke omgeving in een snel bevroren toestand worden waargenomen zonder ze in een kunstkristal vooraf. Cryo-EM is gebaseerd op transmissie-elektronenmicroscopie. De alternatieve methode die de onderzoekers nu hanteren is daarentegen een doorontwikkeling van scanning transmissie-elektronenmicroscopie met geïntegreerd differentieel fasecontrast, kortweg iDPC-STEM.

"Deze methode is tot nu toe vooral gebruikt in materiaalonderzoek, waar het al tot zeer hoge resoluties heeft geleid. Bij het afbeelden van biologische monsters hebben we nu direct een kwaliteit bereikt die een paar jaar geleden voor het eerst mogelijk werd gemaakt door cryo-elektronenmicroscopie, " zegt Carsten Sachse, directeur van het Ernst Ruska-Centre of Forschungszentrum Jülich en professor aan de Heinrich Heine University Düsseldorf.

Samen met onderzoekspartners van het analysebedrijf Thermo Fisher Scientific in Eindhoven kon hij eiwitstructuren in kaart brengen met iDPC-STEM met een sub-nanometer resolutie van 3,5 angstrom. "Cryo-elektronenmicroscopie is tegenwoordig iets geavanceerder in vergelijking. Maar onze resultaten laten zien dat iDPC-STEM in principe in staat is, met enige optimalisatie, vergelijkbare resoluties te bereiken als de huidige cryo-EM en de mogelijkheden voor structurele analyse uit te breiden; vooral voor zeer heterogene, niet-uniforme monsters of afzonderlijke deeltjes wanneer de middelen voor middeling beperkt zijn", zegt Carsten Sachse.

Bij conventionele cryo-elektronenmicroscopie worden duizenden, soms tien- of honderdduizenden snapshots van een monster genomen vanuit vele kijkrichtingen. Een krachtige computer gebruikt deze beelden om een ​​gedetailleerd driedimensionaal model van het molecuul of deeltje te berekenen. Scanning-elektronenmicroscopie daarentegen scant objecten lijn voor lijn in kleine stappen om een ​​samengesteld beeld te produceren dat, net als bij conventionele cryo-EM, als basis dient voor de driedimensionale structuurberekening. Net als bij cryo-elektronenmicroscopie wordt een lage dosis elektronenbundel gebruikt omdat biomoleculen doorgaans extreem gevoelig zijn. Dit voorkomt dat de hoge energie van de straal de gevoelige structuren vernietigt. + Verder verkennen

Elektronencryomicroscopie:gebruik van goedkope technologie om afbeeldingen met een hoge resolutie te produceren