A krio-elektronmikroszkópia egy több évtizede létező módszer, amelynek lényege, hogy a gyorsfagyasztott minták alakját azokra irányított elektronok révén állapítják meg. A visszaverődő elektronok észlelésében és a képanalízisben történt előrelépések 2013-tól alapvetően formálták át a módszert, ugyanis a korábbinál sokkal nagyobb felbontású felvételek létrehozását tették lehetővé. Az így kapott képek idővel majdnem olyan részletgazdagok lettek, mint a röntgenkrisztallográfiával nyert felvételek, amelyek a röntgensugarak diffrakciós mintázata alapján szolgáltatnak képet a fehérjekristályok szerkezetéről.

Utóbbi technika hátránya, hogy a fehérjék kristályosítása hónapokba vagy akár évekbe is beletelhet, számos orvosi szempontból fontos proteint pedig egyáltalán nem lehet használható módon kristályosítani. A krio-elektronmikroszkópiás vizsgálatokhoz viszont csak a kérdéses protein tisztított oldatára van szükség. Ahhoz viszont, hogy a módszer alkalmas legyen például az enzimek működésének vagy egyes hatóanyagok hatásmechanizmusának tanulmányozására, a krio-elektronmikroszkópia felbontásán tovább kellett javítani. Az atomok molekulákon belüli helyzetének pontos meghatározásához 1,2 ångström (1,2*10^-10 méter) körüli részleteknek is elkülöníthetővé kellett válniuk a felvételeken.

Ezt valósította meg nemrégiben egy német és egy brit kutatócsoport az apoferritin nevű fehérje kapcsán. A vasmegkötő molekula rendkívüli stabilitása miatt kedvelt tesztalany a krio-elektronmikroszkópia fejlesztői számára. A proteinről korábban készült legélesebb kép 1,54 ångström felbontású volt.

A német szakértők 1,25 ångströmös felvételt készítettek a molekuláról egy olyan eszköz segítségével, amely biztosította, hogy az elektronok nagyon hasonló sebességgel haladjanak, mielőtt elérik a mintát. A brit kutatócsoport tagjai hasonló módon növelték saját mikroszkópjuk felbontását: egy másik technikával szintén hasonló sebességű elektronokat alkalmaztak, illetve csökkentették a felvétel közben generálódott zajt is. Így 1,2 ångströmös felvételt készítettek (ennek részlete látható a nyitóképen), amelyen az egyes hidrogénatomok is látszódtak, mind a fehérjén belül, mind az azt körülvevő vízmolekulákban. A kutatók szerint a mostani fejlesztések összegyúrásával nagyjából 1 ångströmig javítható a felbontás, és nagyjából ez lehet a technológiából kihozható maximum.

A brit szakértők egy GABA_A receptorfehérjén is tesztelték saját technikájukat. Ez a protein az idegsejtek membránjában található, és számos gyógyszer célpontja. Tavaly 2,5 ångströmös felvételt készítettek a molekuláról, az újításokkal összességében 1,7 ångströmös felbontást sikerült elérni, a protein egyes kulcsrészeiről pedig ennél is élesebb kép készült, egészen új részletek tárva fel a receptorral kapcsolatban. Például vízmolekulákat fedeztek fel a molekula egyik, hisztamint tartalmazó „zsebében”. Utóbbi a kutatók elmondása szerint igazi aranybányát jelenthetnek a strukturális alapú gyógyszertervezés számára, mivel annak felmérése, hogy a gyógyszerek hogyan rendezik át a célpontjuk körüli vízmolekulákat, nagyon fontos a kevesebb mellékhatással járó hatóanyagok kifejlesztése során.

Mivel a GABA_A messze nem olyan stabil, mint az epoferritin, teljes, atomi részletességű képére míg várni kell, de ez nem is biztos, hogy praktikus lenne, mivel elképesztő kapacitásokat emésztene fel az adatok begyűjtése és elemzése, mondják a kutatók. Jelenleg valószínűleg már az is bőven elég, ha a kulcsfontosságúnak tűnő részekről a mostanihoz hasonló részletességű képeket készítenek. Az új fejlesztések mindenesetre nagyon sokat tehetnek a krio-elektronmikroszkópia elterjedése érdekében, ami a fehérjék szerkezetével kapcsolatos kutatásokat illeti, mondják a fejlesztők.