Криоэлектронная микроскопия была когда-то осмеяна и не признана ввиду ее низкого качества разрешения. Но прогресс неумолим и в последние годы крио-ЭМ-изображения превратились из "мутных пятен" в целостные модели, которые отображают отдельные атомы, как на рисунке выше.
Эта технология, созданная когда-то, позволяет увидеть в атомном масштабе.
Эта крутая техника визуализации принесла трем ученым Нобелевскую премию.
Благодаря этому достижению ученые теперь могут увидеть, например, вирусы, молекулы, структуры живой клетки, даже взаимодействие лекарство = живая клетка, что улучшает многократно изучение клеточных механизмов жизни. И уже сейчас, после внедрения этой удивительной и рабочей (то есть, ее теперь можно повторить в лабораториях по всему миру) методики, с 2013 года, можно найти в свободном доступе множество изображений микроструктур.
Чтобы разглядеть структуры клетки ученым необходим инструмент для получения снимков высокого разрешения. Такими методами стали рентгеновская кристаллография и ЯМР-спектроскопия.
Но эти методики имеют целый ряд ограничений, например, не каждый изучаемый образец ткани можно перевести в кристаллический вид и поместить еще в вакуум (чтобы пропустить через него пучок электронов и потом на ПЗС матрице увидеть искомое изображение).
Но есть еще один, пожалуй, главный недостаток электронной визуализации. Это разрушение структуры изучаемых молекул пролетающими через образец электронами. Смотрите рисунок ниже.
Ученые, Нобелевские лауреаты по химии за 2017 год, каждый по отдельности внесли свой вклад для получения визуализации высокого разрешения на атомном уровне.
Попробуем объяснить простыми словами. Почему стало возможным четко видеть мельчайшие структуры? Вся соль в особенностях подготовки образца изучаемого материала (например, живые клетки). Итак, изучаемый образец помещается в водяной капле на углеродистую пленку, затем на сеточку, затем быстро охлаждается в жидком пропане или этане, при температуре около -190º. Это позволяет воде замерзнуть без образования кристаллов. Потом производится серия криоэлектронных снимков, желательно под разными углами.
Получается это еще не все. Теперь, чтобы получить трехмерное качественное и правдивое изображение, другой ученый придумал специальную компьютерную программу для перевода 2-D в 3-D изображения.
Теперь уже понятно, что это революция в науке изучения клетки, как основы жизни.
Интересно, что основную работу Нобелевские лауреаты проделали еще в 1980 -1990 годах, но выйти на визуализацию на атомном масштабе получилось только в 2013 году. Пожалуй, не последнюю роль здесь сыграло развитие электроники и фототехники. Просто появилась такая фототехника, способная выдавать вот такие качественные изображения малых объектов. Конечно это еще не атомарный масштаб, но выглядят они круто.
Ниже вы можете посмотреть примеры электронной микроскопии. Эти снимки меня, как обывателя, впечатляют. Действительно, подобный прорыв в качестве визуализации объектов микромира приведет к новым открытиям.
Главная отрасль применения всего этого новаторства, как мне видится, это медицина и вот ниже примеры фото уже полученных структур. Фишка кроется в возможности визуализации взаимодействия лекарства и структуры-мишени, где, например, какой-нибудь новый препарат будет активировать ионный канал, или блокировать вирус, и этот живой процесс получается можно увидеть. Просто невообразимо круто!
Новые открытия уже не за горами.
Будущее рядом...
По материалам -
1. https://www.nationalgeographic.com/magazine/2018/03/explore-wellness-nobel-prize-cryo-electron-microscopy/
2. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2017/press-release/
