Wczesny rozwójEdit
W latach 60. XX wieku zastosowanie transmisyjnej mikroskopii elektronowej do metod określania struktury było ograniczone z powodu uszkodzeń radiacyjnych spowodowanych przez wiązki elektronów o wysokiej energii. Naukowcy wysunęli hipotezę, że badanie próbek w niskich temperaturach zmniejszy uszkodzenia radiacyjne wywołane wiązką. Zarówno ciekły hel (-269 °C lub 4 K lub -452.2 °F) jak i ciekły azot (-195.79 °C lub 77 K lub -320 °F) były rozważane jako kriogeny. W 1980 roku Erwin Knapek i Jacques Dubochet opublikowali komentarze na temat uszkodzeń wiązki w temperaturach kriogenicznych dzieląc się obserwacjami, że:
Cienkie kryształy zamontowane na folii węglowej okazały się być od 30 do 300 razy bardziej odporne na wiązkę w temperaturze 4 K niż w temperaturze pokojowej…. Większość naszych wyników może być wyjaśniona przez założenie, że krioprotekcja w rejonie 4 K jest silnie zależna od temperatury.
Jednakże wyniki te nie były powtarzalne i poprawki zostały opublikowane w Nature zaledwie dwa lata później informując, że odporność na wiązkę była mniej znacząca niż początkowo przewidywano. Ochrona uzyskana przy 4 K była bliższa „dziesięciokrotnej dla standardowych próbek L-waliny”, niż to, co było wcześniej podane.
W 1981 roku, Alasdair McDowall i Jacques Dubochet, naukowcy z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej, zgłosili pierwsze udane wdrożenie krio-EM. McDowall i Dubochet zeszkliwili czystą wodę w cienkiej warstwie poprzez rozpylenie jej na hydrofilową folię węglową, która została szybko zanurzona w kriogenie (ciekły propan lub ciekły etan schłodzony do temperatury 77 K). Cienka warstwa amorficznego lodu miała grubość mniejszą niż 1 µm, a wzór dyfrakcji elektronowej potwierdził obecność amorficznego/witrenowego lodu. W 1984 r. grupa Dubocheta zademonstrowała możliwości krio-EM w biologii strukturalnej analizując zeszklone adenowirusy typu 2, bakteriofagi T4, wirusy leśne Semliki, bakteriofagi CbK i Vesicular-Stomatitis-Virus.
2017 Nagroda Nobla w dziedzinie chemiiEdit
W 2017 roku trzej naukowcy, Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson, otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za opracowanie techniki obrazowania biomolekuł.
Potencjalny rywal krystalografii rentgenowskiejEdit
As of October 27, 2020 Krystalografia rentgenowska została wykorzystana do obrazowania 150494 próbek biologicznych i jest dominującą techniką w mikroskopii biologicznej, z Cryo-EM daleko w tyle przy zaledwie 6016.
Jednakże, według Nature, postępy w bezpośrednich detektorach elektronowych (często określanych jako urządzenia do bezpośredniej detekcji lub DDD) na Uniwersytecie w Cambridge i automatyzacja produkcji próbek przez SPT labtech doprowadziły do wzrostu wykorzystania w dziedzinach biologicznych, czyniąc Cryo-EM potencjalnym rywalem.
Rozdzielczość krystalografii rentgenowskiej jest ograniczona przez czystość kryształu, a tworzenie takich próbek jest bardzo czasochłonne, zajmując miesiące lub nawet lata. Ponadto, niektóre białka są trudne do skrystalizowania. Chociaż przygotowanie próbki do Cryo-EM jest nadal pracochłonne, nie ma tych problemów, ponieważ obserwuje próbkę w jej „stanie natywnym”.
Według Proteopedii, mediana rozdzielczości osiągniętej przez krystalografię rentgenowską (stan na 19 maja 2019 r.) na Protein Data Bank wynosi 2.05 Å, a najwyższa rozdzielczość osiągnięta w rejestrze (na dzień 27 października 2020 r.) wynosi 0,48 Å. Od 2020 r. większość struktur białkowych wyznaczonych za pomocą Cryo-EM jest w niższej rozdzielczości 3-4 Å. Jednak najlepsze rozdzielczości Cryo-EM zbliżają się do 1,5 Å, co czyni go uczciwym konkurentem w rozdzielczości w niektórych przypadkach.
.