الفحص المجهري الكهربائي: إلكترونات صغيرة لتصويرالجزيئات الكبيرة

المجهر الإلكتروني بالتبريد(Cryo-EM) يجعل من الممكن ملاحظة بنية الجزيئات ذات الأبعاد المتناهية الصغر بالتفصيل الذري: ما الذي تتكون منه ؟

المجهر الإلكتروني مشابه جدًا للفحص المجهري البصري, الذي يعمل عن طريق تشعيع جسم بضوء مرئي وإعادة تركيز الأشعة التي ينحرفها الجسم من خلال العدسات على شبكية العين أو على الشاشة. باستخدام العدسات المناسبة، يمكننا تكبير الصورة لتقدير أدق التفاصيل. هذا هو المكان الذي يأتي فيه مصطلح «الدقة»، أي القدرة على رؤية كائنين متميزين على مسافة قريبة. تبلغ دقة العين البشرية حوالي 0،1 ملليمتر. مع المجاهر البصرية التي تستغل الضوء المرئي، من الممكن تحقيق دقة 0،2 ميكرومتر، أي 500 مرة أكثر. يسمح هذا القرار بمراقبة الخلايا الفردية، ولكن ليس الأشياء الأصغر مثل الفيروسات والبروتينات والجزيئات البيولوجية الأخرى.

لرؤية كائنات أصغر، يجب عليك استخدام شيء آخر غير الضوء المرئي: الإلكترونات. الإلكترونات: هي الجسيمات دون الذرية وبالتالي أصغر بكثير من الجزيئات التي نريد تصورها, تنحرف عن مسارها بواسطة ذرات الجزيئات تمامًا كما ينحرف الضوء عن حواف الجسم. مع عدسات محددة للغاية، ليست مصنوعة من مواد صلبة ولكن من مجالات كهربائية، يمكننا تركيز الإلكترونات والحصول على صورة الجزيئات.

وصفها على هذا النحو، قد تبدو هذه التقنية تافهة. لكن العديد من المشكلات الفنية حدت من استخدامها لسنوات:

• أولاً، تتحرك الجزيئات في العينة، وبالتالي فإن الصورة غير واضحة كما في الصورة، مما يحد بشكل كبير من دقتها؛
• ثانيًا، الإلكترونات هي جزيئات عالية الطاقة وتلف الجزيئات التي«تضيء». تم التغلب على كل هذا من خلال إدخال المجهر الإلكتروني المبرد، حيث يتم تبريد العينة إلى -173،15 درجة مئوية: عند درجة الحرارة هذه، يصبح الماء زجاجيًا، ويتم تجميد الجزيئات وتقليل الضررالناجم عن الإلكترونات أيضًا (الاكتشاف الضي منح جائزة نوبل)

يظهر أدناه تمثيل تخطيطي لتجربة (Cryo-EM).

لا تزال هناك صعوبة أخيرة: نحن قادرون على تقدير الصورة ثلاثية الأبعاد للكائن أيضًا لأنه يمكننا النظر إليها من عدة زوايا. في (Cryo-EM)، يتم تصوير الكائن(الجزيء)في العديد من الطرق المختلفة. لذلك يتم استخدام الصورثنائية الأبعاد للجزيئات الموجهة عشوائيًا في الفضاء لإعادة بناء الشكل ثلاثي الأبعاد للجزيء من خلال خوارزميات حاسوبية متطورة. يعود الأمرالآن إلى علماء الكيمياء الحيوية لتفسير كثافة الإلكترون وبناء نموذج البروتين.

(Cryo-EM)هي تقنية متطورة قوية للغاية جعلت من الممكن في السنوات الأخيرة تحديد بنية الجزيئات التي مثلت منذ فترة طويلة الامرالمقدس للعديد من الباحثين. تم تحديد بنية بروتين سبايك من(SARS-CoV-2)بعد بضعة أشهرمن تسلسل الجينوم الفيروسي، وسمح بفهم مفصل لتفاعلاته مع مستقبلات(ACE2)الخلوية. ومع ذلك مثل أي تقنية فإن لها قيودًا: يجب أن تكون الجزيئات المدروسة، على سبيل المثال كبيرة جدًا. وهناك قيد آخر، ليس ضئيلا،هو تكلفة المجهر نفسه وصيانته.