Микрофлюидная платформа MISO позволяет проводить крио-ЭМ высокого разрешения с минимального количества исходного материала
Исследователи из Центра структурной биологии VIB-VUB разработали новый рабочий процесс на основе микрофлюидики, который позволяет определять структуры методом криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ) с высоким разрешением, используя чрезвычайно малые количества исходного материала.
Их исследование, опубликованное в Nature Methods, представляет платформу MISO (microfluidic protein isolation), которая объединяет очистку белка и подготовку сеток для крио-ЭМ в единый оптимизированный процесс. Этот подход сокращает потребность в образце в 100–1000 раз по сравнению с традиционными методами.
Крио-ЭМ стала основным методом визуализации структур биологических макромолекул с разрешением, близким к атомному. Однако текущие методы обычно требуют крупномасштабного производства белка и многоэтапной очистки, хотя в итоге для получения изображения используются лишь пикограммовые количества белка. Миниатюризируя очистку и доставляя очищенный белок непосредственно на крио-ЭМ сетки, MISO устраняет этот разрыв и позволяет выполнить весь рабочий процесс — от лизиса клеток до витрифицированных сеток — всего за несколько часов.
«MISO фундаментально меняет то, что возможно в структурной биологии, — сказал старший автор исследования профессор Руслан Ефремов (VIB-VUB). — Теперь мы можем перейти от клеток к структуре с почти атомным разрешением в тот же день, используя лишь часть биологического материала, обычно необходимого для этого».
Исследование демонстрирует, что MISO позволяет получать структуры методом крио-ЭМ высокого разрешения как для растворимых, так и для мембранных белков. β-галактозидаза была успешно очищена и её структура определена, начиная с биомассы одной-единственной колонии E. coli. Структуры протон-активируемого хлоридного канала TMEM206 были получены из количества материала, эквивалентного половине одной чашки для культивирования клеток млекопитающих.
Исследователи, включая членов лаборатории Янины Бруннер (VIB-VUB) и Novartis, также показали, что MISO может поддерживать рабочие процессы по открытию белков. В одном случае неизвестный мембранный белок, очищенный с помощью MISO, был идентифицирован непосредственно по его крио-ЭМ карте, что подчеркивает потенциал платформы для характеристики низкоэкспрессируемых или ранее не охарактеризованных комплексов.
«Это представляет собой важный шаг на пути к повышению доступности и эффективности крио-ЭМ, — отметил первый автор исследования доктор Гангадхар Элуру (VIB-VUB). — Для многих проектов проблема заключается не в микроскопии, а в получении достаточного количества высококачественного белка. MISO решает эту проблему напрямую».
В перспективе исследователи ожидают, что дальнейшая миниатюризация этапов очистки и работы с образцом может позволить определять структуры методом крио-ЭМ из ещё меньших биологических образцов, потенциально в масштабе первичных клеток, органоидов или биопсийного материала.