Tidlig udviklingBearbejd
I 1960’erne var brugen af transmissionselektronmikroskopi til strukturbestemmelse begrænset på grund af strålingsskader forårsaget af højenergi-elektronstråler. Forskere opstillede den hypotese, at undersøgelse af prøver ved lave temperaturer ville reducere stråleinducerede stråleskader. Både flydende helium (-269 °C eller 4 K eller -452,2 °F) og flydende nitrogen (-195,79 °C eller 77 K eller -320 °F) blev overvejet som kryogener. I 1980 offentliggjorde Erwin Knapek og Jacques Dubochet kommentarer om stråleskader ved kryogene temperaturer med deling af observationer om, at:
Tynde krystaller monteret på kulstoffilm viste sig at være fra 30 til 300 gange mere strålebestandige ved 4 K end ved stuetemperatur … De fleste af vores resultater kan forklares ved at antage, at kryobeskyttelsen i området omkring 4 K er stærkt afhængig af temperaturen.
Disse resultater var imidlertid ikke reproducerbare, og ændringer blev offentliggjort i Nature blot to år senere, hvor det blev oplyst, at strålemodstanden var mindre betydelig end oprindeligt forventet. Den opnåede beskyttelse ved 4 K var tættere på “ti gange så stor for standardprøver af L-valin”, end hvad der tidligere var angivet.
I 1981 rapporterede Alasdair McDowall og Jacques Dubochet, forskere ved European Molecular Biology Laboratory, om den første vellykkede implementering af cryo-EM. McDowall og Dubochet forglassede rent vand i en tynd film ved at sprøjte det på en hydrofil kulstoffilm, der hurtigt blev nedsænket i kryogen (flydende propan eller flydende ethan, der var afkølet til 77 K). Det tynde lag af amorf is var mindre end 1 µm tykt, og et elektrondiffraktionsmønster bekræftede, at der var tale om amorf/vitreøs is. I 1984 demonstrerede Dubochets gruppe cryo-EM’s styrke inden for strukturbiologi med analyse af vitrificeret adenovirus type 2, T4-bakteriofag, Semliki Forest-virus, bakteriofag CbK og Vesicular-Stomatitis-Virus.
2017 Nobelpris i kemiRediger
I 2017 blev tre forskere, Jacques Dubochet, Joachim Frank og Richard Henderson, tildelt Nobelprisen i kemi for at have udviklet en teknik til at afbilde biomolekyler.
Potentiel konkurrent til røntgenkrystallografiRediger
Samtidig med 27. oktober 2020 er røntgenkrystallografi blevet brugt til at afbilde 150494 biologiske prøver og er den dominerende teknik inden for biologisk mikroskopi, med kryo-EM langt bagefter med kun 6016.
Selvfølgelig har fremskridt inden for direkte elektrondetektorer (ofte kaldet direkte detektionsenheder eller DDD’er) på University of Cambridge og automatisering af prøveproduktion af SPT labtech ifølge Nature ført til en stigning i brugen på biologiske områder, hvilket gør Cryo-EM til en potentiel konkurrent.
Røntgenkrystallografiens opløsning er begrænset af krystalrenheden, og fremstillingen af disse prøver er meget tidskrævende og kan tage op til måneder eller endog år. Desuden er nogle proteiner svære at krystallisere. Selv om prøveforberedelse til Cryo-EM stadig er besværlig, har den ikke disse problemer, da den observerer prøven i dens “native tilstand”.
I henhold til Proteopedia er den medianopløsning, der opnås ved røntgenkrystallografi (pr. 19. maj 2019) på Protein Data Bank, 2.05 Å, og den højeste opnåede opløsning (pr. 27. oktober 2020) er 0,48 Å. Pr. 2020 er størstedelen af de proteinstrukturer, der er bestemt ved hjælp af Cryo-EM, ved en lavere opløsning på 3-4 Å. De bedste Cryo-EM-opløsninger nærmer sig dog 1,5 Å, hvilket gør det til en rimelig konkurrent med hensyn til opløsning i nogle tilfælde.