Учёные создали электронный микроскоп нового поколения: он увидел то, что раньше было недоступно

Лазерный прорыв: криоэлектронная микроскопия впервые различает атомы в малых молекулах

Физики из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории имени Лоуренса впервые получили четкие изображения малых молекул, которые ранее оставались невидимыми для криоэлектронной микроскопии. Ключевым фактором успеха стала лазерная фазовая пластина, разработка которой заняла более пятнадцати лет. Результаты опубликованы в журнале Science.

Проблема «темной галереи» решена

Главное ограничение криоэлектронной микроскопии — потеря сигнала при исследовании объектов размером менее 100 килодальтон. Чем меньше молекула, тем слабее отраженный сигнал, который тонет в шуме. Чтобы не разрушить образец, ученые вынуждены использовать минимальную мощность электронного пучка, что делает снимки тусклыми и неинформативными.

Новая лазерная система повышает контрастность изображения без увеличения дозы облучения образца. В результате исследователи смогли впервые детально рассмотреть не только стандартные белки, но и гемоглобин — эталонный объект, который считается одним из самых сложных для визуализации.

Наибольший эффект — в самых трудных случаях

Авторы работы отмечают, что прирост качества наиболее заметен при анализе:

• Малых молекул, ранее находившихся на пределе разрешения метода
• Образцов с неидеальной подготовкой, которые обычно отбраковываются

Это означает, что новая технология может сократить время предварительной подготовки проб и снизить требования к качеству исходного материала, делая метод более доступным для рутинных исследований.

Система Theia: от 2D к 3D-визуализации внутри клеток

Разработка, получившая название Theia, уже установлена в Беркли. По словам руководителя проекта Хольгера Мюллера, даже без лазерной пластины микроскоп демонстрирует рекордное разрешение, а с её подключением выходит на уровень лучших мировых установок. Мюллер сравнивает прежнюю работу с попыткой рассматривать картины в темной галерее — новая технология «включает свет».

Сейчас команда адаптирует систему для криоэлектронной томографии, которая позволяет получать трехмерные изображения молекул непосредственно внутри клеток. Ученые рассчитывают, что это откроет путь к прямому наблюдению биологических процессов в живых организмах и ускорит разработку новых лекарственных препаратов.