打破限制：首次使用MicroED分析DNA晶体

　　亚利桑那州立大学的研究人员成功地应用了微晶体电子衍射(MicroED)来确定DNA的结构。该研究结果发表在《结构》杂志上，并首次展示了MicroED对核酸晶体学的应用。

　　

在生物学中，功能和形态是紧密交织在一起的。要了解生物体如何生长、适应和繁殖，就需要了解它们的物理结构。因此，显微镜的变革力量贯穿了过去四个世纪的科学。

显微镜，或显微镜使用领域，现在可以通过微晶体电子衍射或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。

亚利桑那州立大学化学工程副教授Brent Nannenga说:“开发这种方法是为了揭示或‘解决’蛋白质的结构。”然后研究人员开始将其应用于药物和小有机分子的化合物。然而，它还没有在核酸上得到证实，科学界一直在问它是否适用于DNA。”

Nannenga和他的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，成功地展示了首次使用MicroED分析DNA晶体。他们的研究结果本周发表在《结构》杂志上。

几十年来，科学家们一直在利用x射线探索晶体的结构。但是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，代表了研究步伐的瓶颈。

“我们讨论的是几十微米或几百微米大小的晶体，”南能加说。他指出，相比之下，人类头发的直径大约是70微米。“但是MicroED允许我们处理只有几百纳米的材料，这是一微米的一小部分。”

正如新论文中所解释的那样，MicroED可以使用更小、更容易生产的晶体。但即使是这些微小的晶体，对于这项技术的成功应用来说也可能太大了。将它们缩小到理想尺寸还需要另一个步骤。

“这被称为低温聚焦离子束或低温fib铣削。这种仪器使用一束镓离子来磨或削去材料。”“可能晶体最初只有几微米厚，这对x射线来说是非常小的，但对电子来说还是太大了。该工艺将它们的理想厚度减少到200到250纳米。”

因此，冷冻fib铣削和MicroED的结合为晶体结构的确定提供了高分辨率的数据。最近的其他研究表明，该技术对分析小蛋白质晶体等生物分子系统的结构是有效的。但是Nannenga和他的团队首次证明了它在核酸结构测定方面的潜力。

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大的机会。这些发现可以支持新的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是亚利桑那州立大学的Alison Haymaker和Andrey Bardin，以及加州大学洛杉矶分校的Tamir Gonen和Michael Martynowycz。

文章标题

Structure determination of a DNA crystal by MicroED