Протеиновая вселенная: в Брно под микроскопом рассматривают атомы белков
Брно давно славится как столица электронных микроскопов, так что не случайно здешние ученые принимали участие в создании прибора, способного разглядеть атомарную структуру протеинов. Микроскоп нового поколения, разработанный при участии чешских ученых, станет большим подспорьем в разработке новых лекарственных препаратов.
Ранее под микроскопом можно было увидеть на атомном уровне металлы, но никак не белки, так что инновационный прибор, в создании которого приняли участие специалисты Брно, привлек большое внимание современного научного мира. Ему посвятил публикацию влиятельный журнал Nature.
«Берем пробирку с протеином. На предметное стекло наносим тонкий слой протеина, например 20 нанометров, что соответствует одной двухтысячной толщины человеческого волоса. Это слой должен быть настолько тонким, чтобы трансмиссионный электронный микроскоп был способен его просветить», – комментирует процесс своей работы Магда Заоралова, сотрудница лаборатории компании Thermo Fisher Scientific.
На мониторе компьютера появляется двумерная и трехмерная визуализация данных. «На первый взгляд, деталей мы видим не так уж и много. Однако после того как мы обработаем и соединим вместе десятки тысяч снимков, добьемся устранения шума. В результате мы получим картинку с разрешением на атомном уровне», – поясняет Магда.
На предметное стекло нанесен лошадиный апоферритин – белок, связывающий железо в виде комплексного соединения гидроокиси железа и фосфорной кислоты, то есть ферритина. В организме он обеспечивает всасывание в кишечнике железа и его депонирование по мере необходимости. Апоферритин присутствует практически в каждом живом существе на нашей планете.
«Чтобы добиться точности изображения, необходимо обеспечить как можно меньшее рассеивание электронов. Мы смогли получить разрешенияе от 0,7 до 0,3 электронвольтов», – объясняет менеджер группы разработчиков микроскопа Томаш Выставел.
«Когда электрон пролетает через подготовленный образец, необходимо отобрать электроны, рассеивающиеся упруго. Именно они позволяют создать контрастность. Мы разработали новый вид энергетического фильтра, который позволяет отобрать когерентно рассеивающиеся электроны. Те из них, который пролетают через фильтр, мы должны отслеживать при помощи детектора и инновационной камеры. Все вместе позволяет добиться разрешения до 1,2 ангстрема, при котором можно наблюдать атомы белков», – поясняет специалист.
Этот метод исследования станет более простой альтернативой существующей рентгеновской дифракции, то есть методу исследования структурных характеристик материала при помощи дифракции рентгеновских лучей.
«Сейчас мы способны быстрее разработать медицинский препарат с более низким количеством побочных эффектов, поскольку способны детально отслеживать взаимодействия, которые могли бы теоретически быть нежелательными для протеина», – поясняет исследователь Радован Спурны.
Инновационный микроскоп является разработкой международной команды специалистов, в которую входила и чешская группа. «Некоторые из наших ученых приняли участие в разработке новых камер, а особая команда работала над программным обеспечением для фильтров энергии и источников электронов», – пояснил Томаш Выставел.
