Dezvoltare timpurieEdit
În anii 1960, utilizarea microscopiei electronice de transmisie pentru metodele de determinare a structurii a fost limitată din cauza deteriorării prin radiații datorate fasciculelor de electroni de mare energie. Oamenii de știință au emis ipoteza că examinarea specimenelor la temperaturi scăzute ar reduce deteriorarea prin radiații indusă de fascicule. Atât heliul lichid (-269 °C sau 4 K sau -452,2 °F), cât și azotul lichid (-195,79 °C sau 77 K sau -320 °F) au fost considerate criogeni. În 1980, Erwin Knapek și Jacques Dubochet au publicat comentarii privind deteriorarea fasciculului la temperaturi criogenice, împărtășind observații conform cărora:
Cristalele subțiri montate pe pelicule de carbon s-au dovedit a fi de 30 până la 300 de ori mai rezistente la fascicule la 4 K decât la temperatura camerei… Cele mai multe dintre rezultatele noastre pot fi explicate presupunând că crioprotecția în regiunea de 4 K este puternic dependentă de temperatură.
Cu toate acestea, aceste rezultate nu au putut fi reproduse și au fost publicate amendamente în Nature doar doi ani mai târziu informând că rezistența la fascicule a fost mai puțin semnificativă decât se anticipase inițial. Protecția obținută la 4 K a fost mai aproape de „de zece ori pentru eșantioane standard de L-valină”, decât ceea ce se afirmase anterior.
În 1981, Alasdair McDowall și Jacques Dubochet, oameni de știință de la Laboratorul European de Biologie Moleculară, au raportat prima implementare cu succes a crio-EM. McDowall și Dubochet au vitrificat apa pură într-o peliculă subțire, pulverizând-o pe o peliculă de carbon hidrofilă care a fost scufundată rapid în criogen (propan lichid sau etan lichid răcit la 77 K). Stratul subțire de gheață amorfă avea o grosime mai mică de 1 µm, iar un tipar de difracție electronică a confirmat prezența gheții amorfe/vitroase. În 1984, grupul lui Dubochet a demonstrat puterea crio-EM în biologia structurală prin analiza adenovirusului vitrificat de tip 2, a bacteriofagului T4, a virusului Semliki Forest, a bacteriofagului CbK și a virusului de somatită veziculară-Stomatitis-Virus.
Premiul Nobel pentru Chimie 2017Edit
În 2017, trei oameni de știință, Jacques Dubochet, Joachim Frank și Richard Henderson, au primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru dezvoltarea unei tehnici de imagistică a biomoleculelor.
Potențial rival pentru cristalografia cu raze XEdit
La data de 27 octombrie 2020 Cristalografia cu raze X a fost utilizată pentru a obține imaginea a 150494 de eșantioane biologice și este tehnica dominantă în microscopia biologică, cu Cryo-EM mult în urmă, cu doar 6016.
Cu toate acestea, potrivit Nature, progresele în materie de detectoare de electroni direcți (adesea denumite dispozitive de detecție directă sau DDD) la Universitatea din Cambridge și automatizarea producției de probe de către SPT labtech au dus la o creștere a utilizării în domeniile biologice, făcând din crio-EM un potențial rival.
Rezoluția cristalografiilor cu raze X este limitată de puritatea cristalelor, iar crearea acestor probe necesită foarte mult timp, putând dura luni sau chiar ani. De asemenea, unele proteine sunt greu de cristalizat. Deși pregătirea probelor pentru Cryo-EM este în continuare laborioasă, aceasta nu are aceste probleme, deoarece observă proba în „starea sa nativă”.
Potrivit Proteopedia, rezoluția mediană obținută prin cristalografie cu raze X (la data de 19 mai 2019) pe Protein Data Bank este de 2.05 Å, iar cea mai mare rezoluție obținută înregistrată (la data de 27 octombrie 2020) este de 0,48 Å. Începând cu 2020, majoritatea structurilor proteice determinate prin Cryo-EM sunt la o rezoluție mai mică, de 3-4 Å. Cu toate acestea, cele mai bune rezoluții Cryo-EM se apropie de 1,5 Å, ceea ce o face un concurent corect în ceea ce privește rezoluția în unele cazuri.
.