Физики усовершенствовали электронный микроскоп, чтобы биологи в деталях видели мелкие белки
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Когда оптические микроскопы стали давать достаточное увеличение, чтобы в них были видны отдельные клетки, исследователи столкнулись с проблемой низкой контрастности. Клетки животных и растений в основном прозрачны для видимого света. Маленькие клеточные структуры, ядра и митохондрии, рассеивают небольшое количество света, что делает их лишь немного темнее остального содержимого клетки. Этот низкий контраст обычно улучшают предварительным окрашиванием биологического материала, хотя оно сильно меняет клетку.
Проблему низкого контраста решил Фриц Цернике, предложив фазовую пластину, за что получил Нобелевскую премию. Он понял, что свет, рассеиваясь на клетке, не только теряет яркость (амплитуду), но и замедляется, меняется его фаза. Человеческому глазу фазовый сдвиг невидим, но можно заставить его проявиться, если сдвинуть фазу нерассеянного света на 90 градусов.
Когда рассеянный и нерассеянный свет фокусируются на сетчатке и взаимодействуют, световые волны усиливают или гасят друг друга. Так детали образца становятся видны лучше, повышается контрастность. Чтобы использовать этот эффект, ученый добавил в микроскоп фазовую пластину. Эта деталь поворачивает фазу света, прошедшего через образец без рассеяния.
Сейчас биологи используют уже электронные микроскопы для исследования мелких структур внутри клетки. Этот прибор направляет на образец не фотоны, а электроны. Но и в этой микроскопии проявилась проблема контраста. Причем сделать для электронного микроскопа аналог фазовой пластины долго не получалось — когда экспериментаторы меняли фазу электронного пучка, то попутно слишком сильно уменьшали его интенсивность, делали изображения нестабильными или снижали его разрешение.
Физики Калифорнийского университета в Беркли (США) нашли способ повысить контраст изображений настолько, что стали четко видны небольшие человеческие белки, такие как гемоглобин. Для этого потребовалось больше 10 лет исследований и мощный лазер с высокой точностью фокусировки. Статья о разработке опубликована в журнале Science.
Ученые сосредоточились на криоэлектронной микроскопии и криоэлектронной томографии — методах, работающих при высоком увеличении для сильно охлажденного образца. Большинство белков человека и животных без усиления контраста слишком малы для анализа этими методами.
Чтобы решить проблему, физики добавили на место пластины лазерное излучение. Они сфокусировали непрерывный луч лазера в пятно размером несколько микрон и мощностью 75 киловатт. В точке пересечения с пучком электронов лазерное излучение сдвигает фазу на 90 градусов благодаря накопленной энергии.
В статье исследователи показали восстановленные изображения фермента альдолазы, который относительно легко визуализировать, и гемоглобина — белка, переносящего кислород в крови, — который виден на пределе возможностей современных приборов. Лазерная фазовая пластина улучшила разрешение структуры белка в обоих случаях, но особенно для меньшей молекулы — гемоглобина.
Молекулярную массу белка измеряют в дальтонах. Современная криоэлектронная микроскопия с трудом визуализирует белки меньше 70 килодальтон, а они составляют около 90 процентов от всех белков организма человека. Авторы статьи считают, что с лазерной фазовой пластиной стало возможно рассматривать белки размером до 50 килодальтон, а это уже половина белков человека. Они надеются довести разрешение до размеров миоглобина — около 17 килодальтон.
«Это дополнение к криоэлектронной микроскопии может заполнить огромный пробел в наших знаниях о структурах белков, которые невозможно кристаллизовать или которые слишком малы для современного состояния техники. А для криоэлектронной томографии это будет революцией», — рассказал Хольгер Мюллер (Holger Müller), профессор физики Калифорнийского университета в Беркли (США), который руководил разработкой.
Исследователи считают, что такая точность может качественно изменить наше понимание механизмов возникновения и протекания болезней.
Telegram 
Дзен 
VK Правильно подобранные звуковые последовательности способны не только стимулировать рост растений, но и влиять на их урожайность. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Они разработали технологию, которая позволяет воздействовать на процессы развития растений через акустические сигналы без использования генной инженерии или химикатов. В экспериментах добились повышения урожайности мяты, сои, болгарского перца и конопли.
Формально почти вся программа тринадцатого полета самой большой ракеты в истории выполнена. Однако испытания показали неполную отлаженность ключевого элемента системы. SpaceX оказывается в ситуации действительно плотных сроков: до намеченного возвращения людей на Луну всего два года и два месяца.
Сегодня на земле существует примерно 7500 языков, однако ученые давно подозревали, что в прошлом их было значительно больше. Международная группа лингвистов реконструировала историю языкового разнообразия за последние 12 тысяч лет и пришла к выводу, что человечество уже пережило «золотой век» языков, после которого их число начало быстро сокращаться.
Правильно подобранные звуковые последовательности способны не только стимулировать рост растений, но и влиять на их урожайность. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Они разработали технологию, которая позволяет воздействовать на процессы развития растений через акустические сигналы без использования генной инженерии или химикатов. В экспериментах добились повышения урожайности мяты, сои, болгарского перца и конопли.
Формально почти вся программа тринадцатого полета самой большой ракеты в истории выполнена. Однако испытания показали неполную отлаженность ключевого элемента системы. SpaceX оказывается в ситуации действительно плотных сроков: до намеченного возвращения людей на Луну всего два года и два месяца.
Ученые КНИТУ-КАИ предложили усовершенствованную пресс-форму для компрессионной консолидации в вакууме композиционных материалов и пластмасс с герметичной внутренней полостью. Изобретение относится к области обработки материалов давлением при воздействии вакуума, в частности к устройствам с герметичной внутренней полостью для компрессионной консолидации термопластичных композиционных материалов.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии