Tidig utvecklingEdit
På 1960-talet var användningen av transmissionselektronmikroskopi för strukturbestämningsmetoder begränsad på grund av strålningsskador orsakade av elektronstrålar med hög energi. Forskare antog att undersökning av prover vid låga temperaturer skulle minska de strålinducerade strålskadorna. Både flytande helium (-269 °C eller 4 K eller -452,2 °F) och flytande kväve (-195,79 °C eller 77 K eller -320 °F) ansågs vara kryogener. År 1980 publicerade Erwin Knapek och Jacques Dubochet kommentarer om strålskador vid kryogena temperaturer och delade med sig av följande observationer:
Tunna kristaller monterade på kolfilm visade sig vara 30 till 300 gånger mer strålbeständiga vid 4 K än vid rumstemperatur … De flesta av våra resultat kan förklaras genom att anta att kryoskyddet vid 4 K är starkt beroende av temperaturen.
Dessa resultat var dock inte reproducerbara och ändringar publicerades i Nature bara två år senare där man informerade om att strålmotståndet var mindre betydande än vad som ursprungligen förväntades. Det skydd som uppnåddes vid 4 K var närmare ”tiofaldigt för standardprover av L-valin”, än vad som tidigare angivits.
År 1981 rapporterade Alasdair McDowall och Jacques Dubochet, vetenskapsmän vid European Molecular Biology Laboratory, om det första framgångsrika genomförandet av cryo-EM. McDowall och Dubochet förglasade rent vatten i en tunn film genom att spraya det på en hydrofil kolfilm som snabbt sänktes ner i kryogen (flytande propan eller flytande etan kylt till 77 K). Det tunna skiktet av amorf is var mindre än 1 µm tjockt och ett elektrondiffraktionsmönster bekräftade förekomsten av amorf/vitreös is. År 1984 demonstrerade Dubochets grupp kryo-EM:s förmåga inom strukturbiologin genom att analysera vitrifierat adenovirus typ 2, T4-bakteriofag, Semliki Forest-virus, bakteriofag CbK och Vesicular-Stomatitis-Virus.
2017 års Nobelpris i kemiEdit
2017 tilldelades tre forskare, Jacques Dubochet, Joachim Frank och Richard Henderson, Nobelpriset i kemi för att ha utvecklat en teknik för att avbilda biomolekyler.
Potentiell rival till röntgenkristallografiEdit
Sedan den 27 oktober 2020 har röntgenkristallografi använts för att avbilda 150494 biologiska prover och är den dominerande tekniken inom biologisk mikroskopi, med kryo-EM långt efter med bara 6016.
Enligt Nature har dock framsteg inom direkta elektrondetektorer (ofta kallade direktdetektorer eller DDD) vid University of Cambridge och automatisering av provtillverkning av SPT labtech lett till ökad användning inom biologiska områden, vilket gör Cryo-EM till en potentiell konkurrent.
Röntgenkristallografins upplösning begränsas av kristallens renhet, och att skapa dessa prover är mycket tidskrävande och tar upp till månader eller till och med år. Dessutom är vissa proteiner svåra att kristallisera. Även om provberedningen för Cryo-EM fortfarande är mödosam har den inte dessa problem eftersom den observerar provet i dess ”naturliga tillstånd”.
Enligt Proteopedia är den medianupplösning som uppnås med röntgenkristallografi (från och med den 19 maj 2019) på Protein Data Bank 2.05 Å, och den högsta upplösningen som uppnåtts i registret (från och med den 27 oktober 2020) är 0,48 Å. Från och med 2020 har majoriteten av de proteinstrukturer som bestäms med Cryo-EM en lägre upplösning på 3-4 Å. De bästa Cryo-EM-upplösningarna närmar sig dock 1,5 Å, vilket gör det till en rättvis konkurrent i fråga om upplösning i vissa fall.