クライオ電子顕微鏡とは
クライオ電子顕微鏡（英語: Cryogenic Electron Microscopy（CryoEM））とは、透過型電子顕微鏡の一種で、試料を液体窒素（-196 ℃）で凍結することにより、タンパク質などの生体分子の三次元構造を観察することができます。
クライオ電子顕微鏡による解析手法は近年急速に発展しており、2017年に、開発に携わった研究者三名にノーベル化学賞が贈られました。近年実用化が進んだ新しい解析手法であるため、今後、創薬、医療、生命科学など、様々な分野の発展に大きく貢献することが期待されています。
クライオ電子顕微鏡の使用用途
クライオ電子顕微鏡は、タンパク質などの生体分子の立体構造を高い分解能で解析するために開発されました。従来のX線結晶構造解析ではタンパク質の結晶化が難しく解析が困難でしたが、クライオ電子顕微鏡を用いることで溶液の状態で解析することが可能です。また、核磁気共鳴（NMR）による解析では困難であった高分子量の解析も可能です。
近年の活発な研究開発によって分解能が飛躍的に向上し、1.5 Å（1 Å（オングストローム）=10のマイナス10乗メートル）以下の原子レベルでの解析が可能になりました。
クライオ電子顕微鏡の原理
クライオ電子顕微鏡のベースである透過型電子顕微鏡では、真空中で試料に電子線を照射するため、タンパク質などの水分子を含む構造の場合、構造を保ったまま観察することが困難でした。そこで、液体窒素（-196 ℃）で急速に凍結し、構造を保ったまま観察できるようにしたのが、クライオ電子顕微鏡です。
クライオ電子顕微鏡でタンパク質などの分子構造を観察する際には、電子線による分子構造へのダメージを極力減らすため、微弱な電子線を照射します。そのため、得られる画像は非常にノイズが多くなります。そこで、同じタンパク質の写真を大量に撮影し、多数の画像データの平均化処理によってタンパク質の三次元構造を再構築します。このような解析手法は単粒子解析と呼ばれています。
クライオ電子顕微鏡の実用化と性能向上の背景には、冷却機構をはじめとする電子銃やレンズやカメラといった装置そのものの性能向上はもちろんですが、ディープラーニングによる新しい画像解析技術やコンピュータの演算能力向上など、多くの技術革新があります。