마이크로결정 전자 회절 | MicroED | Thermo Fisher Scientific

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마이크로결정 전자 회절은 무엇입니까?

MicroED는 저분자 및 단백질의 고분해능 구조 측정을 빠르게 수행할 수 있는 새롭고 놀라운 기술입니다. 이 방법을 사용하면 불균질 혼합물에서도 개별 나노 결정(<200nm 크기)으로부터 원자의 세부 정보를 얻을 수 있습니다. 입사빔에 전자를 사용하는 초저온 투과전자현미경(cryo-TEM)에서 MicroED 데이터를 획득할 수 있습니다.

MicroED는 회절 기술이므로 시료는 결정질이어야 하며 결정화 과정은 X선 결정학과 동일합니다. 하지만 결정과 전자의 상호작용이 X선 보다 훨씬 강하기 때문에 훨씬 작은 결정체의 사용이 가능합니다. 크기가 100 nm에 불과한 결정은 쉽게 분석할 수 있습니다. 이는 시료 준비 과정을 상당히 단축시킬 수 있고 다른 방법으로 회절하기에는 너무 작은 결정의 분석을 가능하게 합니다. 데이터 수집은 단 몇 분만에 완료되며, 원자 분해능 수준에서 3D 구조를 밝혀낼 수 있습니다.

MicroED에 대한 시료 요구 사항

MicroED의 고유한 요구 사항은 다른 초저온-전자 현미경(cryo-EM) 기술 뿐만 아니라 기존 결정학 결정학과 차별화됩니다. MicroED는 작은 결정(<50 µm)을 필요로 하지만, 필요한 경우 집속 이온 빔(FIB)을 사용하여 큰 결정에서 샘플을 절단하거나 밀링할 수 있습니다. ( >200 nm 결정은 2차 산란을 증가시켜 데이터를 콘볼루션한다는 점을 유의하십시오.)

시료 전처리는 저분자 및 단백질 시료에 다양하게 적용됩니다. 작은 분자 결정은 일반적으로 건조하며 종종 실온에서 분석할 수 있습니다. 기계적 그라인딩은 큰 결정의 크기를 줄이는 데 쉽게 사용할 수 있으며, 또는 증발을 사용하여 분자만 간단히 용액으로부터 결정화할 수 있습니다.

Proteinase structure determined with microcrystal electron diffraction.

Proteinase K 구조. Gonen Laboratory HHMI/UCLA에서 제공한 MicroED 데이터.

그러나 단백질 결정은 수화된 원래 상태를 유지하기 위해 일반적으로 물에 보관됩니다. 결정질 얼음 형성으로 인한 시료 손상을 방지하기 위해, 이 시료는 이후 급속 동결(vitrified) 됩니다. 유리화된(vitrified) 시료는 습도의 변화 또는 완충액에 민감하며, 조금이라도 만지면 분해될 수 있습니다. 따라서 cryo-FIB 밀링은 큰 단백질 결정의 크기를 줄이는 데 사용됩니다.

MicroED의 주요 장점은 무엇입니까?

MicroED는 구조 생물학에서 간극을 해소합니다. X선 결정학은 얻기 어려울 수 있는 큰 결정이 필요하기 때문이며, 싱크로트론 X선 자유 전자 레이저(XFEL)는 단일 단백질 또는 저분자의 구조 분석을 위해 수천이 아니지만 수백 개의 작은 결정이 필요하기 때문입니다. 또한, 싱크로트론에 소요되는 시간 비용도 비싸고 액세스도 한정적입니다. MicroED는 고유한 방식으로 빠르고 고분해능의 분석을 제공하며 소량의 작은 결정만 필요로합니다.

신속한 원자 분해능 3D 구조 정보

수 분내에 나노 결정에서 회절 데이터 획득

즉각적인 생산성 향상

100 nm 만큼 작은 나노결정은 쉽게 분석할 수 있으며, (X선 결정학에서 필요한) 큰 결정 성장의 부담을 덜어줍니다. 또한 필요한 시료 물질의 양을 줄여주며, 다양한 다형체와 화합물의 혼합물을 분석할 수 있습니다.

완벽한 턴키(turnkey) 솔루션

단일 공급 업체에서 제공하는 하드웨어, 소프트웨어 및 지원을 포함합니다. 획득한 데이터는 X선 결정학용으로 구축된 재구성 패키지를 사용하여 쉽게 처리할 수 있습니다.

2-in-1 솔루션

동일한 초저온 전자 현미경에서 MicroED와 단일 입자 분석(SPA)을 수행할 수 있습니다. 이 솔루션은 새로운 현미경과 호환되며 기존 cryo-EM 장비에 장착할 수도 있습니다.

MicroED 및 약물 발견

MicroED는 단백질-약물 복합체와 저분자 구조를 측정하는데 사용할 수 있기 때문에 신약 개발에서 점점 더 인기가 높아지고 있습니다. 또한, MicroED는 길고 복잡한 큰 결정 성장에 대한 필요성을 완화시켜 빠르게 변화하는 제약 산업에서 상당한 이점을 가져다 줍니다.

MicroED의 주요 장점 중 일부를 강조하기 위해 상용 시료에서 아세트아미노펜의 구조를 측정하였습니다. 단지 ~10^-12 그램의 시료만 필요했습니다. 또한 나노결정이 충진재와 다른 화합물로 이루어진 혼합물로부터 추출되었습니다. 전체 70° 범위의 데이터가 수 분 내에 수집되었습니다.

MicroED structure determination of paracetamol.

Thermo Scientific 장비에서 자체 수행한 MicroED 구조 측정의 예.

데이터 처리는 아래에 설명된 대로 오픈 소스 Diffraction Integration for Advanced Light Sources (DIALS)에서 수행되었습니다. 전체 구조는 43%만 완료된 데이터 세트에서 결정할 수 있지만, 다른 결정의 추가 데이터를 사용하여 결과를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

오픈 소스 Diffraction Integration for Advanced Light Sources (DIALS)을 사용하여 수행한 MicroED 데이터 처리의 일반적인 개요.

MicroED 솔루션

완벽한 MicroED 솔루션 추가를 통해, Thermo Scientific cryo-TEM은 구조 규명을 위한 인하우스(in-house) 빔 제품군이 될 수 있습니다.

단일 장비에 단일 입자 분석과 MicroED 기능이 포함될 수 있습니다.
MicroED 패키지:	Thermo Scientific EPU-D 소프트웨어 수정된 빔 중지, 최적화된 MicroED 최적화된 C2/SA 조리개 세트 Micro-ED 렌즈 시리즈 90° 회전 투사 시스템 Thermo Scientific Ceta-D 카메라 회절 응용분야에 최적화: 정확도 및 감도 향상 단일 입자 분석 스크리닝 요구사항과 호환 가능 하단 장착 필터(인입식)와 호환
호환성	Thermo Scientific Glacios Cryo-TEM Thermo Scientific Krios Cryo-TEM Thermo Scientific Talos Arctica Cryo-TEM Thermo Scientific Talos L120C and Talos L200C TEMs with side-entry holder