亚利桑那州立大学研究人员展示了MicroED在核酸晶体学中的首次应用
功能和形式在生物学中紧密地交织在一起。了解生物体如何生长、适应和繁殖需要了解它们的物理结构。因此，显微镜在过去四个世纪的科学史上具有变革性的力量。
显微镜或显微镜使用领域现在可以通过微晶电子衍射(MicroED) 等技术揭示最微小的结构。MicroED 不像光学显微镜那样让光穿过细胞，而是用电子流轰击晶体样品，以产生有关其原子结构的详细信息。
“该方法的开发是为了揭示或‘解决’蛋白质的结构，”亚利桑那州立大学化学工程副教授Brent Nannenga说。“然后研究人员开始将其应用于药物化合物和有机小分子。然而，它还没有在核酸上得到证实，科学界正在询问它是否适用于 DNA。”
Nannenga 和同事刚刚回答了这个问题。亚利桑那州立大学的一个研究小组与加州大学洛杉矶分校的同行合作，成功演示了首次使用 MicroED 分析 DNA 晶体。他们的工作结果本周发表在《结构》杂志上。
几十年来，科学家们一直利用 X 射线束探索晶体的结构。但 X 射线晶体学需要相对较大的晶体，而在实验室中生产这些晶体是一个足够复杂的过程，成为研究速度的瓶颈。
Nannenga 说：“我们谈论的是几十或几百微米大小的晶体。”并指出，为了进行比较，人类头发的直径约为 70 微米。“但是 MicroED 允许我们处理尺寸仅为数百纳米的材料，这只是一微米的一小部分。”
正如新论文中所解释的，MicroED 可以处理更小、更容易生产的晶体。但即使是这些微小的晶体也可能太大，无法成功应用该技术。将它们减小到理想尺寸还需要采取另一个步骤。
“这被称为冷冻聚焦离子束或冷冻 FIB 铣削。该仪器使用镓离子束来研磨或削掉材料，”Nannenga 说。“晶体最初可能只有几微米厚，这对于 X 射线来说非常小，但对于电子来说仍然太大。该工艺将它们切割至 200 至 250 纳米的理想厚度。”
因此，冷冻 FIB 铣削和 MicroED 的结合可以提供用于确定晶体结构的高分辨率数据。最近的其他研究表明，该技术可有效分析小蛋白质晶体等生物分子系统的结构。但 Nannenga 和他的团队是第一个证明其在核酸结构测定方面的潜力的人。
展望未来，这种方法不仅为理解 DNA，而且为理解 RNA 的结构和功能提供了更多的机会。这些发现可以支持新型纳米技术和更有效的药物治疗的发展。
结构论文的其他作者包括亚利桑那州立大学的艾莉森·海梅克和安德烈·巴丁，以及加州大学洛杉矶分校的塔米尔·戈南和迈克尔·马丁诺维奇。
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