Новое распыляющее устройство помогает исследователям фиксировать быстрые клеточные процессы

Многие фундаментальные процессы в клетках происходят на миллисекундных временных масштабах, что не позволяет современным инструментам за ними уследить. Исследователи из SLAC National Accelerator Laboratory, Стэнфордского университета, Корнеллского университета и других институтов разработали новый подход для наблюдения за такими процессами. Он сочетает методы криогенной электронной микроскопии (cryo-EM и cryo-ET) с подходами, разработанными в рентгеновской кристаллографии. Исследование опубликовано в журнале Molecular Biology of the Cell.

Переосмысление мощного инструмента для распыления

Традиционные методы cryo-EM и cryo-ET позволяют получать детальные снимки мгновенно замороженных образцов, но дают лишь статичные "снимки" и мало что говорят о динамике. В текущих экспериментах с ручным смешиванием клеточных образцов со стимулятором изменения можно наблюдать лишь с интервалами около десяти секунд — это в сотни раз медленнее многих важных процессов.

Исследователи адаптировали для cryo-ET устройство для распыления — mixing injector coupled Gas Dynamic Virtual Nozzle (GDVN), — которое обычно используется на установках рентгеновских лазеров на свободных электронах (XFEL), таких как Linac Coherent Light Source (LCLS) в SLAC, для изучения движений молекул на ультракоротких временных масштабах.

От струи к туману

Исследователи из Корнеллского университета модифицировали сопло устройства LCLS для работы в cryo-ET эксперименте. Ключевой проблемой было то, что на LCLS образцы распыляются мощной струёй, которая могла бы повредить хрупкую сетку (grid), используемую в cryo-ET. Учёные отрегулировали скорость потока газа через сопло, создав не мощную струю, а мелкодисперсный "туман".

Поскольку это была относительно новая методика, оптимальные условия для создания такого распыления (скорость потока жидкости, скорость потока газа, расстояние от распылителя до сетки, тип сетки) пришлось подбирать экспериментально.

Новый подход позволил смешивать клеточные образцы со стимулятором и замораживать их за миллисекунды, а не за 10 секунд. Это дало возможность делать снимки образца каждые 25 миллисекунд и наблюдать изменения на этом временном масштабе.

Метод открывает новые возможности для изучения широкого круга вопросов о структурной динамике на клеточном уровне, включая деление клеток, фотосинтез, взаимодействие патогена с хозяином и влияние лекарств на бактерии с чрезвычайно высоким разрешением.