KryoElektronenmikroskopie

Kryoelektronenmikroskopie, häufig Cryo-EM genannt, ist eine Methode der Elektronenmikroskopie, bei der biomolekulare Proben rasch auf cryogene Temperaturen eingefroren werden und in vitrifiziertem Eis eingeschlossen bleiben. Diese Kühlung bewahrt die Strukturen in einer nativen Konformation, ohne Kristallisation erzwingen zu müssen, und reduziert Bewegungen, die die Abbildung beeinträchtigen könnten.

Der Forschungszweck teilt sich in zwei Hauptwege auf: Die Einzelteilchen-Kryoelektronenmikroskopie (SP cryo-EM) rekonstruiert aus Tausenden zweidimensionaler Projektionen einzelner Moleküle eine dreidimensionale Struktur, während die Kryoelektronen-Tomographie (cryo-ET) Tiltreihen von Zellen oder Geweben nutzt, um Strukturen im Kontext ihrer Umgebung abzubilden.

Für die Probenvorbereitung werden Proben auf Gitter aufgetragen, rasch in flüssiges Ethan eingefroren und damit in vitrifiziertem Eis eingeschlossen. Die Bilder werden mit TEMs bei cryogenen Temperaturen aufgenommen, oft mit direkten Elektronendetektoren und niedriger Strahlung, unter Anwendung dosisfraktionierter Aufnahmen, um Strahlungsschäden zu minimieren.

Die Rohdaten werden computergestützt verarbeitet: Teilchen werden erkannt, mehrmals ausgerichtet, zu 3D-Dichtekarten zusammengesetzt und schließlich verfeinert. In cryo-ET werden Tonreihen rekonstruiert, gefiltert und segmentiert, um komplexe Strukturen im Zellkontext zu zeigen.

Vorteile dieser Methode sind hohe Auflösungen für große Makromoleküle und die Möglichkeit, Strukturen zu sehen, die sich nicht gut kristallisieren lassen. Grenzen liegen in Kontrastmangel bei kleinen Proteinen, Probenheterogenität, Bedarf an teurer Ausrüstung und intensiver Rechenleistung.