削减能源可以让世界各地的实验室cryoEM显微镜可负担得起的

电子cryomicroscopy (cryoEM)——获得了2017年诺贝尔奖品可能是通过减少能源便宜10倍的显微镜和创造更好的探测器成像低能电子,根据科学家们的一个概念验证演示MRC实验室分子生物学(LMB实验室)。

他们的目标是削减的成本运行cryoEM使它更易于被世界各地的科学家,这样他们就可以确定更多的结构对于理解蛋白质重要生物学和改善人类健康。

cryoEM-in LMB实验室科学家发展的主导作用,尤其是理查德·亨德森博士被授予诺贝尔奖这工作显著提高生物结构的质量和范围,可以透露。

然而,这项技术仍然非常昂贵的设置和运行的科学家说,高端cryoEM安装成本£500万的设置与运行成本包括管理范围内的£250000 annually-putting遥不可及的许多实验室,可能会受益于使用显微镜在生物学和医学问题进行调查。

Christopher Russo MRC实验室的分子生物学博士,领导这项研究,说:“我们的目标是使cryoEM可用于任何需要的实验室里,快速和简单的确定任何感兴趣的纯化生物分子的结构可以成为全世界科学家广泛使用。

最令人意外的是,降低电子束的能量不仅使仪器更便宜,但可能会做得更好。这是一个罕见的双赢,物理规定使事情更便宜的方法,同时更好的。”

在新的研究中,电子的能量束射向标本的减少从当前标准200或30万电子伏特(凯文)到100 keV。

不幸的是,目前的探测器不工作在这些较低的能量,因此,团队展示了一种新的方式来使用一种不同的探测器,称为“混合像素探测器,”创建准确的图像蛋白质。

在本周的原型显微镜是跑步,他们能够形象五个标本(此前已决定结构):乙型肝炎病毒衣壳,70年代细菌核糖体,过氧化氢酶、DNA保护在饥饿蛋白,血红蛋白。从这个数据他们能够确定每个蛋白质的三维结构。

Russo博士补充说:“水平分辨率不是世界纪录,但他一样好90%以上的结构决定在所有高端cryoEM显微镜在去年。关键是看到足够的细节来构建良好的分子模型,我们表明,这里。”

相比之下,现代cryoEM的发展之前,确定结构的乙型肝炎病毒衣壳LMB实验室的科学家一年多,第一个血红蛋白结构花了许多年,生物学中一个重要的里程碑。

LMB团队使用的探测器在这个新的低能cryoEM显微镜不是purpose-built-it 32倍小于当前使用的高能探测器;科学家们说,一个更大的探测器优化在100 keV将需要创建工作。这将需要数年时间和项目现在正在更大,更快,更便宜的相机特别设计为100 keV电子。

卢梭博士说:“尽管如此,更多的工作需要做这个实验室原型变成一个商业显微镜,任何生物学实验室可以买。现在的主要限制是detector-the原型使用一个小相机,类似早期的手机摄像头像素数量。我们演示了但现在我们需要更大的潜力,更快和更强大的电子相机这真正需要得很像今天的现代手机相机。基于这项工作,多家公司和研究小组正在朝着这个目标,希望在几年内这项技术将被广泛使用,作为一个简单便宜的显微镜,任何生物实验室能够负担得起。”

科学家们说,一个新的显微镜设计以这种方式可以使机器既要小得多,简单和便宜10倍,同时仍然提供所需的详细研究蛋白质的分子结构。

LMB实验室的研究人员最近的另一个研究也表明,较低的电子能量可以改善图像的质量标准,高能源今天仪器使用。

这项研究发表在国际联盟的晶体学》杂志上。