Трехлучевой микроскоп позволяет исследователям точно выделять биомолекулы

Физики из Делфтского технического университета (TU Delft) разработали трехлучевой микроскоп, в котором световой, электронный и ионный лучи работают вместе, чтобы точно вырезать специфические срезы из биологических образцов.

Эти срезы незаменимы для биомолекулярных исследований новых типов лекарств. Подробности изобретения были опубликованы 1 декабря в журнале eLife.

Исследование биомолекул

Исследование биомолекул, таких как белки, необходимо для разработки лекарств. В 2017 году Нобелевская премия по химии была присуждена за технику крио-просвечивающей электронной микроскопии (cryo-TEM). Этот метод использует электронный луч для визуализации отдельных биомолекул в клетке почти до атомного масштаба. Для этого клетку необходимо быстро заморозить до криогенных температур (обычно –170°C) и вырезать из неё ультратонкий срез, содержащий целевую биомолекулу. На практике очень сложно вырезать срез точно в нужном месте.

Три луча

Кандидат наук Даан Болтье разработал технику одновременного исследования клетки с помощью трёх микроскопических методов. Целевую биомолекулу помечают флуоресцентной меткой, заставляя её буквально «светиться». Затем вокруг места свечения вырезается срез, который можно далее исследовать с помощью cryo-TEM.

Использование cryo-TEM в исследованиях белков резко возросло в последние годы. Изобретение Болтье делает такие исследования проще и точнее. Для этого он одновременно сфокусировал три луча на биологическом образце:

• Световой луч — чтобы видеть свечение флуоресцентных меток.
• Электронный луч — чтобы увеличивать изображение до нанометрового масштаба.
• Ионный луч — чтобы вырезать тонкий срез.

Техническое достижение

Ведущий исследователь Якоб Хогенбум отмечает: «Мы вырезаем срез толщиной 0,1 микрометра из клетки объёмом 10 000 кубических микрометров точно в нужном месте. В вакууме и при –170°C. Технически это серьёзное достижение».

Ранее для этого требовалось изучать образец в отдельных микроскопах, а затем совмещать данные. Альтернативой было вырезание «случайных» срезов в надежде, что один из них содержит нужную биомолекулу.

Болтье, промышленный аспирант в TU Delft и компании Delmic, разработал технику совместно с клеточными биологами из Нидерландов, Германии, Австралии и США, которые сразу применят систему в своих исследованиях белков. «Я особенно горжусь тем, насколько система проста в использовании. Вы видите флуоресценцию на экране, наводитесь на неё и нажатием кнопки микроскоп вырезает там срез», — говорит Болтье.

Delmic уже некоторое время работает над совмещением световой и электронной микроскопии. Хогенбум говорит: «Даан показал, как свет, ионы, электроны и криогенное охлаждение могут быть объединены в одной вакуумной системе. Теперь три прототипа будут использоваться другими группами. Наша задача — дальше развивать технологию и, возможно, в долгосрочной перспективе вывести её на рынок».