クライオ電子顕微鏡

従来の電子顕微鏡 (EM) には、生体サンプルの脱水、固定、および染色が含まれており、これにより生体分子の本来の状態が歪み、いくつかのアーチファクトが生じます。 また、高エネルギーの電子線は試料に損傷を与え、高解像度の画像を取得することが困難になります。 これらの問題は、凍結サンプルとより穏やかな電子ビームを使用するクライオ EM を使用して対処できます。 この技術はジャック・デュボシェ氏、ヨアヒム・フランク氏、リチャード・ヘンダーソン氏によって開発され、2017年にノーベル化学賞を受賞した。

X 線回折および核磁気共鳴 (NMR) 技術は、生体分子の高分解能構造を取得したり、その構造変化を研究したりするためにも使用されます。 ただし、X 線構造を取得するには、分子を結晶化する必要がありますが、毎回結晶化できるわけではありません。 分子が結晶化可能であっても、結晶化プロセスにより生体分子の構造が変化する可能性があり、その生体分子の構造は本来の構造を代表しなくなる可能性があります。 Cryo-EM は結晶化サンプルを必要とせず、天然状態の生体分子の分子運動や相互作用の視覚化も可能にします。 同様に、NMR 技術は比較的小さな可溶性タンパク質のみに限定されており、細胞膜に埋め込まれた非極性タンパク質には適していません。 一方、クライオ EM では、より大きなタンパク質、膜結合受容体、または生体分子複合体の研究が可能になります。

Cryo-EM は、生体分子の構造、機能、相互作用を研究するために生化学で広く使用されています。 ウイルスなどの感染因子は、クライオ EM を使用して特定および研究できます。 たとえば、ブラジルでのジカウイルスの発生時には、潜在的な抗ウイルス薬の標的を特定できるように、クライオ EM を利用してウイルス構造の 3D 画像が作成されました。