Жизнь замечательных устройств

Достижения электронной (в том числе и криоэлектронной) микроскопии последнего десятилетия связаны с улучшением конструкционных элементов электронных микроскопов — сейчас в них применяются новые детекторы, позволяющие уверенно детектировать меньшее количество электронов, новые электронные пушки (источники электронов) и новые камеры, позволяющие практически исключить влияющие на точность микроскопического исследования колебания температуры. Вся эта модернизация, произошедшая уже в XXI веке, позволила и значительно повысить соотношение сигнал-шум, что дает возможность получать более детальные результаты анализа, и увеличить скорость анализа образца, в результате чего отдельные микрографии объектов можно склеить в «фильм» из их жизни. Всё это, как и предполагал Хендерсон в прошлом веке, действительно превратило электронную микроскопию в распространённый и доступный метод исследования, применяющийся повсеместно — от материаловедения до исследования биологических систем. Можно отметить, что настоящий расцвет криоэлектронной микроскопии как метода для изучения биологических систем начинается с 2012-13 годов и связан с появлением прямых электронных детекторов, применение которых, например, позволило в деталях изучить ионный канал клеточной мембраны TRPV1 (Nature 504, 2013, 107–112: DOI: 10.1038/nature12822). И, наконец, в этом, 2017 году, спустя почти шесть десятилетий после кристаллографического определения строения миоглобина и гемоглобина Джоном Кендрю и Максом Перутцом (именно благодаря этой работе в 1962 году они стали Нобелевскими лауреатами) и спустя четыре года после опубликования первых работ, ставших основой для разработки метода криоэлектронной микроскопии высокого разрешения, электронный микроскоп позволил определить структуру гемоглобина — криоэлектронная микроскопия позволила исследовать одну молекулу гемоглобина, к тому же находящуюся в растворе (Nature Comm., 2017, 8, 16099; doi:10.1038/ncomms16099).

Чем плохи другие методы, например — рентгеноструктурный анализ и ядерный магнитный резонанс?

Известные до криоэлектронной микроскопии и применяющиеся и сейчас методы изучения вещества, в том числе и живого вещества, нельзя назвать плохими, криоэлектронная микроскопия не отменяет, а дополняет их. Более того, как знает любой химик — чем большим количеством методов установлена структура того или иного вещества или системы веществ, тем более надёжными являются результаты исследования. Многие из классических методов позволяют получить исчерпывающую информацию о белках, нуклеиновых кислотах, а в ряде случаев — о молекулярных комплексах, образуемых биологически активными молекулами. Проблема заключается не столько в самих классических методах, сколько в подготовке образцов для исследования. Подготовить пробу для её изучения с помощью криоэлектронного микроскопа несколько проще — можно сказать, что в этом случае способ подготовки пробы заключается в приготовлении водного раствора чистого образца биологически активного вещества