Overcoming Preferred Orientation in Cryo-EM With Ultrasonic Excitation During Vitrification

تخيل أنك تحاول التقاط صورة ثلاثية الأبعاد مثالية للعبة صغيرة ورقيقة باستخدام مجهر فائق القوة. للحصول على صورة واضحة، تحتاج إلى التقاط صور للعبة من كل الزوايا الممكنة—من الأعلى، والأسفل، والجانب، والقطر. ولكن هنا تكمن المشكلة: عندما يضع العلماء هذه "الألعاب" البروتينية الصغيرة على شبكة خاصة لتجميدها، فإنها تميل إلى الالتصاق بسطح قطرة ماء صغيرة.

فكر في قطرة الماء هذه كأنها ترامبولين لزج. تماماً كما قد يرغب الشخص فقط في الاستلقاء على ظهره فوق الترامبولين لأن ذلك يشعره براحة أكبر، فإن هذه البروتينات غالباً ما "تلتصق" بالماء في وضعية أو وضعيتين محددتين فقط. فهي ترفض أن تنقلب أو تلتف جانباً. وعندما يحدث هذا، لا يرى المجهر سوى الزوايا نفسها مراراً وتكراراً، مما يجعل من المستحيل بناء صورة ثلاثية الأبعاد كاملة. وغالباً ما يضطر العلماء للانتظار لساعات أو حتى أيام، آملين في التقاط بضع لقطات نادرة ومحظوظة للبروتين في وضعية مختلفة، أو قد يفشلون في الحصول على صورة على الإطلاق.

تقدم هذه الورقة حيلة فيزيائية ذكية لحل هذه المشكلة: الهز بالموجات فوق الصوتية.

وجد الباحثون أنه إذا قاموا بضرب قطرة الماء بموجات صوتية عالية التردد (الموجات فوق الصوتية) أثناء تجمدها، فإن ذلك يعمل مثل زلزال لطيف ومستمر. تخيل أن الترامبولين يهتز فجأة بسرعة كبيرة لدرجة أن الشخص المستلقي عليه لا يمكنه البقاء في مكان واحد؛ بل يتم هزّه وقلبه وتدويره حول نفسه.

بنفس الطريقة، تعمل هذه الموجات الصوتية على تحرير البروتينات من نقاط التصاقها بسطح الماء. هذا "الهز" المستمر يبعثر مواضعها، ويجبرها على الاستقرار في جميع الاتجاهات العشوائية الممكنة—بعضها على ظهورها، وبعضها على جوانبها، وبعضها مقلوب رأساً على عقب. ولأن هذه البروتينات تهبط الآن في كل وضعية ممكنة، يمكن للمجهر بسهولة التقاط المنظر ثلاثي الأبعاد الكامل دون انتظار طويل لضربة حظ.

أفضل ما في الأمر هو أن هذا الحل بسيط وفيزيائي. فهو لا يتطلب تغيير البروتينات أو استخدام مواد كيميائية معقدة؛ بل يضيف فقط القليل من الاهتزاز إلى عملية التجميد. وبما أنه يمكن إضافة هذا الأسلوب بسهء إلى الآلات التي يستخدمها العلماء بالفعل، يعتقد المؤلفون أن هذه الطريقة ستصبح بسرعة أداة قياسية لأي شخص يحاول التقاط صور ثلاثية الأبعاد واضحة للبروتينات.