Poznavanje strukture bioloških makromolekul, kot so nukleinske kisline in proteini, je ključno za razumevanje njihove funkcije. Natančno poznavanje položaja atomov makromolekule v prostoru nam omogoči tudi natančnejše načrtovanje zdravilnih učinkovin. Raziskovalci in raziskovalke iz Nemčije in Velike Britanije v novi študiji poročajo o novem preboju pri določevanju strukture proteinov z uporabo tehnike krioelektronske mikroskopije.

Na področju strukturne biologije je vse od njenih začetkov v 50. letih prejšnjega stoletja dominirala tehnika rentgenske strukturne analize, ki temelji na uklonu visokoenergijskih rentgenskih žarkov na kristalu biološke makromolekule. Z razvojem metode so raziskovalci in raziskovalke razvozlali strukture pomembnih celičnih proteinov do resolucije, ko lahko v strukturah vidimo posamezne atome.

V zadnjih letih je znanstvena skupnost priča velikemu napredku metode krioelektronske mikroskopije, ki deluje na principu uklona curka elektronov na hitro zamrznjenem vzorcu biološke makromolekule. Tehnika nudi pomembno prednost pred metodo rentgenske strukturne analize, saj za določitev strukture ne potrebujemo kristala, kar nam omogoča določitev strukture v nativnem, celičnem okolju. A kljub napredku, ki ga je tehnika v letih razvoja doživela, je ta še vedno zaostajala za metodo rentgenske strukturne analize, saj so razvozlane strukture nudile slabšo resolucijo.

Raziskovalci in raziskovalke v zadnji številke revije Nature poročajo o novem pomembnem preboju pri razvoju tehnike krioelektronske mikroskopije. Z izpopolnjeno metodo so uspeli določiti prvo visokoresolucijsko tridimenzionalno strukturo proteina apoferitina, v kateri so jasno razločeni posamezni atomi, ki gradijo protein.

Predstavljena struktura omogoča edinstven uvid v tridimenzionalno zgradbo proteina, mestoma lahko razločimo celo najmanjše vodikove atome in na protein vezane molekule vode. Izjemni dosežek je rezultat večletnega razvoja in optimizacije tehnike vse od priprave vzorca in izboljšav detektorjev pa do optimalne računalniške obdelave eksperimentalnih podatkov.

Predstavljeni dosežek je pomemben mejnik za tehniko krioelektronske mikroskopije in nakazuje nadaljnji trend uporabe in razvoja tehnike za določevanje visokoresolucijskih struktur pomembnih bioloških makromolekul. Razvoj tehnike bo omogočil razvozlanje pomembnih celičnih komponent, makromolekul na atomarnem nivoju, kar nam bo omogočilo še boljši vpogled v molekularne osnove življenja.

Do atoma natančno je Zbritoff zapisal Uroš.

Vir: Takanori Nakane et al. Single-particle cryo-EM at atomic resolution, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2829-0