В мире
Новости Москвы
Политика
Общество
Происшествия
Наука и техника
Шоу-бизнес
Армия
Игры

Холодный электронный взгляд

С начала XX века ученые пытались понять, как устроены «кирпичики» жизни — белки, ДНК и РНК — и пытались найти подходящие инструменты для их изучения. Такими инструментами стали рентгеновская кристаллография и ЯМР-спектроскопия: с их помощью получили множество моделей биологическим молекул для самых разных целей. Но у этих методов есть свои ограничения: к примеру, для кристаллографии, как видно из названия, нужны хорошо организованные кристаллы, которые далеко не всегда можно получить.

Холодный электронный взгляд
Фото: ЧердакЧердак

В 60-х годах XX века люди начали пытаться смотреть на биологические объекты с помощью электронного микроскопа (это такой микроскоп, в котором вместо светового потока, как в обычном оптическом микроскопе, используется пучок электронов). Причем смотрели и в Москве: первые работы такого рода в Москве публиковал член-корреспондент АН СССР . Но получалось не очень: электронный микроскоп не справлялся с «живой» материей.

Видео дня

«Основная проблема в электронной микроскопии в чем? Чтобы электроны свободно летели в колонне электронного микроскопа, нужен вакуум. Без вакуума они далеко не улетят. В вакуум вы не можете поместить какой-то биологический объект без обработки, потому что он очень влажный, весь вакуум сразу же испортится», — объясняет профессор , доцент кафедры биоинженерии биологического факультета .

По её словам, сначала образцы пытались красить тяжелыми металлами, но это давало очень низкое разрешение по сравнению с рентгеноструктурным анализом. добавил в процесс воду: в конце 80-х годов он научился очень быстро её замораживать, чтобы она создавала вокруг образца пленку, и тот сохранял бы свою форму в вакууме.

«Витрифицированный лед Дюбоше — это специальный лед, который не рассеивает электроны. Вы его не видите, вы видите только молекулы, которые заморожены в этом льду», — говорит Соколова.

В 1990 году первым сумел получить с помощью электронного микроскопа трехмерное изображение белка родопсина в разрешении до отдельных атомов. Мембранные белки очень трудно кристаллизовать, поэтому криоэлектронная микроскопия — едва ли не единственный способ изучить их структуру. Этот метод справляется и с очень крупными белками, которые тоже плохо кристаллизуются.

А занимался рибосомами. Рибосома, объясняет Соколова — это очень подвижная структура, «она собирается, туда приплывают тРНК (транспортные РНК), они перемещаются, в результате получается синтез белка. Это такая большая молекулярная машина». К сожалению для тех, кто хочет получить ее изображение, рибосома не имеет никакой симметрии — а чем больше степеней симметрии, тем меньше вам нужно нужно собрать отдельных изображений молекул. Франк разработал способ компьютерной обработки множества двумерных изображений для получения трехмерной структуры и в итоге создал модель поверхности рибосомы.

пишет, что метод криоэлектронной микроскопии «перевел биохимию в новую эру». С 2013 года, когда ученые сделали первые изображения ионного канала с атомным разрешением, «сфотографировать» успели все что угодно, от поверхности вируса Зика до белков, из-за которых возникает устойчивость к антибиотикам.

Более того, метод криоэлектронной микроскопии уже засветился в других Нобелевских премиях. Тому Стайц, Венкатраман Рамакришнан и Ада Йонат в 2009 году получили награду за определение структур рибосомы — и они сделали это именно с помощью криоэлектронной микроскопии. Этим методом сегодня изучают и мембранный транспорт, за исследования которого премию по физиологии и медицине дали в 2013 году, и мембранные белки (награда 2003 года).

«Это один из самых быстроразвивающихся методов, который позволяет много чего получить — структуры белков, вирусов, макромолекул. Этот метод сейчас находится на острие науки», — сказал «Чердаку» заведующий лабораторией электронной микроскопии .

Соколова говорит, что в этот раз была уверена, что премию дадут именно этим трем людям. «Конечно, премию должны были бы дать и раньше», — говорит она. Дюбоше, Франк и Хендерсон создали основы метода, который развился в один из ключевых инструментов структурной биологии. «Этим методом можно изучать очень интересные вещи, которые невозможно изучать другими методами. В последние несколько лет он очень сильно рванул вперед», — говорит исследовательница.

Заведующий отделом электронной микроскопии НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ в беседе с «Чердаком» посетовал, что в России популярный во всем мире метод криоэлектронной микроскопии пока не очень распространен: дело прежде всего в дорогостоящем оборудовании. «В стране, конечно, есть несколько таких приборов, например, в Курчатовском институте есть два прибора, которые могут это делать. Но этого недостаточно: в Европе и Америке каждый уважающий себя университет обзаводится таким оборудованием, а у нас несколько штук на всю страну», — говорит ученый.

Интересно, что в июне нынешнего года в Москве прошла конференция по криоэлектронной микроскопии, организованная биофаком МГУ и НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского. «Мы хотели общество так настроить, чтобы все осознали, что нам нужны инвестиции в этом направлении. И вот очень удачно Нобелевскую премию присудили именно за это, это подтверждает правильность нашей стратегии», — радуется Киреев.

Ольга Соколова согласна с коллегой. «У нас некоторое количество людей есть, которые этим занимаются, но их, к сожалению, очень мало. Конечно, было бы очень здорово, если бы мы имели такой микроскоп в МГУ, потому что МГУ все-таки на переднем крае российской науки. Я очень надеюсь, что Нобелевская премия нам в этом поможет», — говорит Соколова.