in 2017, Jacques Dubochet, Joachim Frank, en Richard Henderson won de Nobelprijs voor Scheikunde voor hun bijdragen aan cryo-elektronenmicroscopie (cryoEM), een beeldvormingstechniek die foto's van biomoleculen zoals eiwitten met atomaire precisie kan vastleggen.

In cryoEM, monsters zijn ingebed in glasachtig ijs, een glasachtige vorm van ijs die wordt verkregen wanneer water zo snel wordt bevroren dat kristallisatie niet kan optreden. Met het monster verglaasd, hoge resolutie foto's van hun moleculaire structuur kunnen worden gemaakt met een elektronenmicroscoop, een instrument dat beelden vormt met behulp van een bundel elektronen in plaats van licht.

CryoEM heeft nieuwe dimensies geopend in de levenswetenschappen, scheikunde, en geneeskunde. Bijvoorbeeld, het werd onlangs gebruikt om de structuur van het SARS-CoV-2 spike-eiwit in kaart te brengen, dat is het doelwit van veel van de COVID-19-vaccins.

Eiwitten veranderen voortdurend hun 3D-structuur in de cel. Deze conformationele herschikkingen zijn een integraal onderdeel voor eiwitten om hun gespecialiseerde functies uit te voeren, en vinden plaats binnen een miljoenste tot een duizendste van een seconde. Dergelijke snelle bewegingen zijn te snel om in realtime te worden waargenomen door de huidige cryoEM-protocollen, waardoor ons begrip van eiwitten onvolledig is.

Maar een team van wetenschappers onder leiding van Ulrich Lorenz van EPFL's School of Basic Sciences heeft een cryoEM-methode ontwikkeld die beelden van eiwitbewegingen kan vastleggen op een microseconde (een miljoenste van een seconde) tijdschaal. Het werk is gepubliceerd in Chemical Physics Letters.

De methode omvat het snel smelten van het verglaasde monster met een laserpuls. Als het ijs in een vloeistof smelt, er is een afstembaar tijdvenster waarin het eiwit kan worden geïnduceerd om te bewegen op de manier waarop ze dat doen in hun natuurlijke vloeibare toestand in de cel.