Microscopia electrónica crioxénica

A microscopia^[1] electrónica crioxénica (cryo-EM) é unha técnica de criomicroscopia aplicada a mostras arrefriadas a temperaturas crioxénicas, na que se utiliza o microscopio electrónico de transmisión e ás veces o de varrido, segundo o método. Presérvase a estrutura dos espécimes biolóxicos incrustándoos nun ambiente de xeo vítreo. Aplícase unha mostra de solución acuosa a unha grella-rede e mergúllase ata a conxelación en etano líquido ou nunha mestura de etano e propano líquidos.^[2] Aínda que o desenvolvemento da técnica empezou na década de 1970, os avances recentes na tecnoloxía detectora e en algoritmos de software permitiron a determinación de estruturas biomoleculares a resolución case atómica.^[3] Este método suscitou moita atención como alternativa á cristalografía de raios X ou á espectroscopia RMN para a determinación de estruturas macromoleculares sen a necesidade de cristalización.^[4]

Titan Krios da Universidade de Leeds

Véxase tamén: Criomicroscopia electrónica de transmisión e Criomicroscopia electrónica de varrido.

En 2017 concedeuse o premio Nobel de Química a Jacques Dubochet, Joachim Frank e Richard Henderson "polo desenvolvemento da microscopia crioelectrónica para a determinación de estruturas a alta resolución de biomoléculas en solución."^[5] Ademais, Nature Methods nomeou a cryo-EM como "método do ano" en 2015.^[6]

O Instituto Federal de Tecnoloxía da Universidade de Lausana e a Universidade de Xenebra abriron o Centro Dubochet para Imaxes (DCI, Dubochet Center for Imaging) en novembro de 2021, co propósito de aplicar e desenvolver máis a cryo-EM.^[7] Menos dun mes despois da primeira identificación da variante Omicron do virus SARS-CoV-2, os investigadores do DCI conseguiron definir a súa estrutura, identificar as mutacións cruciais que conseguían escapar das vacinas e proporcionaron datos para novos enfoques terapéuticos.^[8]

Proceso de traballo na microscopia electrónica crioxénica.

Aplicacións e variedades

Algunhas aplicacións son:

• A criomicroscopia electrónica de transmisión (cryo-TEM) é unha técnica de microscopia electrónica de transmisión que se usa na bioloxía estrutural e ciencia dos materiais.
• A criomicroscopia electrónica de varrido (cryo-SEM) é unha técnica de microscopia electrónica de varrido na que se usa o estado frío do microscoio electrónico de varrido nunha cámara crioxénica.
• A tomografía electrónica crioxénica (cryo-ET), unha aplicación especializada na que se toman imaxes das mostras a medida que son inclinadas.
• A cristalografía electrónica, método para determinar a disposición de átomos en sólidos usando un microscopio electrónico de transmisión.
• A MicroED,^[9] método para determinar a estrutura de proteínas, péptidos, moléculas orgánicas e compostos inorgánicos usando difracción de electróns en cristais tridimensionais.^[10][11][12]
• A cryo-EM de análise de partícula única, un método de media para determinar a estrutura de proteínas a partir de mostras monodispersas.^[13]
• Cryo-ET e cryo-TEM de luz correlativa. En 2019 utilizáronse conxuntamente a cryo-ET e a cryo-TEM de luz correlativa para observar nanotubos de membrana en células neuronais.^[14]

Galería

• 
  Imaxe de cryo-TEM da proteína GroEL suspendida en xeo amorfo a un aumento de 50.000 ×
• Estrutura do encima alcohol oxidase de Pichia pastoris por cryo-TEM
• 
  Imaxe de microscopia electrónica de transmisión crioxénica (cryoTEM) dunha célula ARMAN intacta do biofilme microbiano de Iron Mountain. Ancho da imaxe de 576 nm.
• 
  Micrografía crioelectrónica do virus xigante mariño CroV
  (a barra de escala representa 200 nm).^[15]

Notas

1. Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para microscopia.
2. Tivol WF, Briegel A, Jensen GJ (outubro de 2008). "An improved cryogen for plunge freezing". Microscopy and Microanalysis 14 (5): 375–379. Bibcode:2008MiMic..14..375T. PMC 3058946. PMID 18793481. doi:10.1017/S1431927608080781.
3. Cheng Y, Grigorieff N, Penczek PA, Walz T (abril de 2015). "A primer to single-particle cryo-electron microscopy". Cell 161 (3): 438–449. PMC 4409659. PMID 25910204. doi:10.1016/j.cell.2015.03.050.
4. Stoddart C (1 de marzo de 2022). "Structural biology: How proteins got their close-up". Knowable Magazine. doi:10.1146/knowable-022822-1. Consultado o 25 de marzo de 2022.
5. "The Nobel Prize in Chemistry 2017". NobelPrize.org (en inglés). Consultado o 2022-09-30.
6. Doerr A (xaneiro de 2017). "Cryo-electron tomography". Nature Methods 14 (1): 34. ISSN 1548-7091. doi:10.1038/nmeth.4115.
7. "Inauguration of the Dubochet Center for Imaging (DCI) on the campuses of UNIGE, UNIL and EPFL". unige.ch. 2021-11-30. Consultado o 2022-04-30.
8. "Scientists uncover Omicron variant mysteries using microscopes". swissinfo.ch. 2021-12-30. Consultado o 2022-04-30.
9. Nannenga BL, Shi D, Leslie AG, Gonen T (setembro de 2014). "High-resolution structure determination by continuous-rotation data collection in MicroED". Nature Methods 11 (9): 927–930. PMC 4149488. PMID 25086503. doi:10.1038/nmeth.3043.
10. Jones CG, Martynowycz MW, Hattne J, Fulton TJ, Stoltz BM, Rodriguez JA, et al. (novembro de 2018). "The CryoEM Method MicroED as a Powerful Tool for Small Molecule Structure Determination". ACS Central Science 4 (11): 1587–1592. PMC 6276044. PMID 30555912. doi:10.1021/acscentsci.8b00760.
11. de la Cruz MJ, Hattne J, Shi D, Seidler P, Rodriguez J, Reyes FE, et al. (febreiro de 2017). "Atomic-resolution structures from fragmented protein crystals with the cryoEM method MicroED". Nature Methods 14 (4): 399–402. PMC 5376236. PMID 28192420. doi:10.1038/nmeth.4178.
12. Gruene T, Wennmacher JT, Zaubitzer C, Holstein JJ, Heidler J, Fecteau-Lefebvre A, et al. (decembro de 2018). "Rapid Structure Determination of Microcrystalline Molecular Compounds Using Electron Diffraction". Angewandte Chemie 57 (50): 16313–16317. PMC 6468266. PMID 30325568. doi:10.1002/anie.201811318.
13. Cheng Y (agosto 2018). "Single-particle cryo-EM-How did it get here and where will it go". Science 361 (6405): 876–880. Bibcode:2018Sci...361..876C. PMC 6460916. PMID 30166484. doi:10.1126/science.aat4346.
14. Sartori-Rupp A, Cordero Cervantes D, Pepe A, Gousset K, Delage E, Corroyer-Dulmont S, et al. (xaneiro de 2019). "Correlative cryo-electron microscopy reveals the structure of TNTs in neuronal cells". Nature Communications 10 (1): 342. Bibcode:2019NatCo..10..342S. PMC 6341166. PMID 30664666. doi:10.1038/s41467-018-08178-7.
15. Xiao, C., Fischer, M.G., Bolotaulo, D.M., Ulloa-Rondeau, N., Avila, G.A., and Suttle, C.A. (2017) "Cryo-EM reconstruction of the Cafeteria roenbergensis virus capsid suggests novel assembly pathway for giant viruses". Scientific Reports, 7: 5484. doi 10.1038/s41598-017-05824-w.

Véxase tamén

Outros artigos

• Criofixación
• Tomografía electrónica
• Criomicroscopia