Korai fejlődésSzerkesztés
Az 1960-as években a nagy energiájú elektronsugarak okozta sugárkárosodás miatt a transzmissziós elektronmikroszkópia szerkezeti meghatározási módszerekhez való alkalmazása korlátozott volt. A tudósok feltételezték, hogy a minták alacsony hőmérsékleten történő vizsgálata csökkenti a sugárnyalábok okozta sugárkárosodást. Mind a folyékony héliumot (-269 °C vagy 4 K vagy -452,2 °F), mind a folyékony nitrogént (-195,79 °C vagy 77 K vagy -320 °F) kriogénnek tekintették. Erwin Knapek és Jacques Dubochet 1980-ban publikálta a kriogén hőmérsékleten történő sugárkárosodással kapcsolatos megjegyzéseit, megosztva a következő megfigyeléseket:
A szénfóliára szerelt vékony kristályok 4 K hőmérsékleten 30-300-szor sugárállóbbnak bizonyultak, mint szobahőmérsékleten… Eredményeink nagy része megmagyarázható azzal a feltételezéssel, hogy a krioprotekció 4 K környékén erősen függ a hőmérséklettől.”
Ezek az eredmények azonban nem voltak reprodukálhatók, és a Nature-ben alig két évvel később módosítások jelentek meg, amelyek arról tájékoztattak, hogy a sugárállóság kevésbé jelentős, mint eredetileg várták. A 4 K-en elért védelem közelebb volt a “tízszereséhez az L-valin standard minták esetében”, mint amit korábban közöltek.
1981-ben Alasdair McDowall és Jacques Dubochet, az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium tudósai beszámoltak a krio-EM első sikeres megvalósításáról. McDowall és Dubochet tiszta vizet üvegesítettek vékony filmben úgy, hogy azt egy hidrofil szénfilmre permetezték, amelyet gyorsan kriogénbe (77 K-ra lehűtött folyékony propán vagy folyékony etán) merítettek. Az amorf jég vékony rétege kevesebb mint 1 µm vastag volt, és az elektrondiffrakciós minta megerősítette az amorf/üveges jég jelenlétét. 1984-ben Dubochet csoportja demonstrálta a krio-EM erejét a strukturális biológiában a 2-es típusú adenovírus, a T4 bakteriofág, a Semliki-erdő vírus, a CbK bakteriofág és a Vesicular-Stomatitis-vírus üvegesedésével.
2017-es kémiai Nobel-díjSzerkesztés
2017-ben három tudós, Jacques Dubochet, Joachim Frank és Richard Henderson kapta a kémiai Nobel-díjat a biomolekulák képalkotására szolgáló technika kifejlesztéséért.
A röntgenkrisztallográfia potenciális riválisaSzerkesztés
2020. október 27-én a röntgenkrisztallográfiát 150494 biológiai minta képalkotására használták, és ezzel a biológiai mikroszkópia domináns technikája, a krio-EM messze lemaradva, mindössze 6016-mal.
A Nature szerint azonban a Cambridge-i Egyetemen a közvetlen elektrondetektorok (gyakran direkt detektáló eszközöknek vagy DDD-knek nevezik) fejlesztése és az SPT labtech által a minták előállításának automatizálása a biológiai területeken történő felhasználás növekedéséhez vezetett, ami a Cryo-EM-et potenciális riválissá teszi.
A röntgenkrisztallográfia felbontását a kristálytisztaság korlátozza, és e minták előállítása nagyon időigényes, akár hónapokig vagy évekig is eltarthat. Emellett egyes fehérjéket nehéz kristályosítani. Bár a krio-EM esetében a minta előkészítése még mindig munkaigényes, ezek a problémák nem merülnek fel, mivel a mintát “natív állapotban” figyeli meg.
A Proteopedia szerint a röntgenkrisztallográfiával elért felbontás mediánja (2019. május 19-én) a Protein Data Bankban 2.05 Å, és a legmagasabb elért felbontás (2020. október 27-én) 0,48 Å. 2020-tól a Cryo-EM segítségével meghatározott fehérjeszerkezetek többsége alacsonyabb, 3-4 Å felbontású. 2020-tól kezdve azonban a legjobb Cryo-EM felbontások megközelítik az 1,5 Å-t, így egyes esetekben a felbontás tekintetében tisztességes versenytársnak számít.