¿Qué es el Microscopio Crioelectrónico?
El microscopio crioelectrónico (CryoEM) es una variante de la microscopía electrónica de transmisión que permite la observación tridimensional de proteínas y otras biomoléculas. Esto se logra congelando las muestras en nitrógeno líquido (-196 °C). Los métodos de análisis mediante el CryoEM han avanzado rápidamente, y en 2017 se otorgó el Premio Nobel de Química a tres investigadores involucrados en su desarrollo. Esta técnica emergente se espera que tenga un impacto significativo en campos como el descubrimiento de fármacos, la medicina y las ciencias de la vida en el futuro.
Usos de los Microscopios Crioelectrónicos
El microscopio crioelectrónico se desarrolló para analizar con alta resolución la estructura tridimensional de biomoléculas como las proteínas. La cristalografía de rayos X convencional es difícil de analizar debido a la dificultad de cristalización de las proteínas, pero el microscopio crioelectrónico permite analizar las proteínas en disolución. También es posible analizar pesos moleculares elevados, lo que resulta difícil con el análisis por resonancia magnética nuclear (RMN).
La investigación y el desarrollo activos en los últimos años han mejorado drásticamente la resolución, permitiendo el análisis a nivel atómico hasta 1,5 Å (1 Å (angstrom) = 10 a la menos décima potencia de un metro).
Principio del Microscopio Crioelectrónico
Con la microscopía electrónica de transmisión, base de la crioelectrónica, era difícil observar las estructuras que contienen moléculas de agua, como las proteínas, conservando su estructura, porque la muestra se irradiaba con haces de electrones en el vacío. El microscopio crioelectrónico permite la observación conservando la estructura mediante la congelación rápida de la muestra en nitrógeno líquido (-196 °C).
Cuando se observan las estructuras moleculares de proteínas y otras moléculas con un microscopio crioelectrónico, se irradian haces de electrones débiles para minimizar el daño de los haces de electrones a las estructuras moleculares. Las imágenes resultantes son, por tanto, muy ruidosas. Por lo tanto, se toma un gran número de fotografías de la misma proteína y la estructura tridimensional de la proteína se reconstruye promediando un gran número de datos de imagen. Esta técnica de análisis se conoce como análisis de partícula única.
Detrás de la aplicación práctica y la mejora del rendimiento de los microscopios crioelectrónicos hay muchas innovaciones tecnológicas, como las nuevas técnicas de análisis de imágenes basadas en el aprendizaje profundo y la mejora de la potencia de cálculo de los ordenadores, por no mencionar la mejora del rendimiento del cañón de electrones, las lentes y las cámaras, incluido el mecanismo de refrigeración, de los propios instrumentos.