Desarrollo tempranoEditar
En la década de 1960, el uso de la microscopía electrónica de transmisión para los métodos de determinación de estructuras estaba limitado debido al daño por radiación debido a los haces de electrones de alta energía. Los científicos plantearon la hipótesis de que el examen de las muestras a bajas temperaturas reduciría el daño por radiación inducido por los haces. Tanto el helio líquido (-269 °C o 4 K o -452,2 °F) como el nitrógeno líquido (-195,79 °C o 77 K o -320 °F) fueron considerados como criógenos. En 1980, Erwin Knapek y Jacques Dubochet publicaron comentarios sobre el daño causado por el rayo a temperaturas criogénicas compartiendo observaciones que:
Los cristales finos montados sobre una película de carbono resultaron ser de 30 a 300 veces más resistentes al rayo a 4 K que a temperatura ambiente… La mayoría de nuestros resultados pueden explicarse asumiendo que la crioprotección en la región de 4 K depende fuertemente de la temperatura.
Sin embargo, estos resultados no fueron reproducibles y se publicaron modificaciones en Nature sólo dos años después informando de que la resistencia al haz era menos significativa de lo inicialmente previsto. La protección obtenida a 4 K era más cercana a «diez veces para muestras estándar de L-valina», de lo que se había afirmado anteriormente.
En 1981, Alasdair McDowall y Jacques Dubochet, científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular, informaron de la primera aplicación con éxito de la crio-EM. McDowall y Dubochet vitrificaron agua pura en una fina capa rociándola sobre una película de carbono hidrófilo que se sumergió rápidamente en criógeno (propano líquido o etano líquido enfriado a 77 K). La fina capa de hielo amorfo tenía un grosor inferior a 1 µm y un patrón de difracción de electrones confirmó la presencia de hielo amorfo/vitroso. En 1984, el grupo de Dubochet demostró el poder de la crio-EM en la biología estructural con el análisis del adenovirus tipo 2 vitrificado, el bacteriófago T4, el virus del bosque Semliki, el bacteriófago CbK y el virus de la estomatitis vesicular.
Premio Nobel de Química 2017Editar
En 2017, tres científicos, Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson, fueron galardonados con el Premio Nobel de Química por desarrollar una técnica que permitiría obtener imágenes de biomoléculas.
Rivalidad potencial de la cristalografía de rayos XEditar
Hasta el 27 de octubre de 2020, la cristalografía de rayos X se ha utilizado para obtener imágenes de 150494 muestras biológicas y es la técnica dominante en la microscopía biológica, con la crio-EM muy por detrás con sólo 6016.
Sin embargo, según Nature, los avances en los detectores de electrones directos (a menudo denominados dispositivos de detección directa o DDD) de la Universidad de Cambridge y la automatización de la producción de muestras por parte de SPT labtech han provocado un aumento del uso en los campos biológicos, lo que convierte a la crio-EM en un rival potencial.
La resolución de la cristalografía de rayos X está limitada por la pureza del cristal, y la creación de estas muestras lleva mucho tiempo, hasta meses o incluso años. Además, algunas proteínas son difíciles de cristalizar. Aunque la preparación de la muestra para la crio-EM sigue siendo laboriosa, no tiene estos problemas, ya que observa la muestra en su «estado nativo».
Según Proteopedia, la resolución media alcanzada por la cristalografía de rayos X (a fecha de 19 de mayo de 2019) en el Banco de Datos de Proteínas es de 2.05 Å, y la resolución más alta lograda en el registro (a partir del 27 de octubre de 2020) es de 0,48 Å. A partir de 2020, la mayoría de las estructuras de proteínas determinadas por Cryo-EM están en una resolución más baja de 3-4 Å. Sin embargo, las mejores resoluciones de Cryo-EM se acercan a 1,5 Å, por lo que es un competidor justo en la resolución en algunos casos.