Visión General
El análisis de estructuras por crio-microscopía electrónica (crio-EM) abarca los flujos de trabajo computacionales que reconstruyen estructuras macromoleculares tridimensionales a partir de decenas de miles de imágenes de proyección bidimensional adquiridas por un microscopio electrónico. En crio-EM de partícula única, las macromoléculas purificadas incrustadas en hielo vítreo se obtienen en orientaciones aleatorias, y algoritmos sofisticados determinan las orientaciones, clasifican los estados conformacionales y reconstruyen un mapa de densidad tridimensional a resolución casi atómica. La revolución de resolución de la última década ha hecho de la crio-EM el método de elección para muchos complejos macromoleculares grandes y flexibles.
Métodos
El flujo de trabajo computacional comienza con la corrección de movimiento y la estimación de la función de transferencia de contraste (CTF) para corregir el movimiento inducido por el haz y las aberraciones ópticas. La selección de partículas: cada vez más realizada por herramientas basadas en aprendizaje profundo como Topaz y crYOLO, identifica imágenes de partículas individuales. La clasificación 2D agrupa partículas en clases homogéneas, y la clasificación 3D separa distintos estados conformacionales. La reconstrucción 3D utilizando métodos basados en Fourier (RELION, cryoSPARC) refina iterativamente los parámetros de orientación y construye el mapa de densidad. La resolución final se evalúa mediante el criterio de correlación de capas de Fourier (FSC).
Aplicaciones
La crio-EM ha resuelto estructuras del ribosoma, el espliceosoma, las proteínas de membrana y las cápsides virales que eran inaccesibles a la cristalografía de rayos X debido a su tamaño o flexibilidad. Los mapas de densidad resultantes permiten la construcción de modelos atómicos, que se validan según los principios conocidos de la estructura de proteínas. La crio-EM revela la arquitectura de grandes estructuras celulares y orgánulos, incluido el complejo del poro nuclear y los supercomplejos respiratorios mitocondriales. La técnica se basa en técnicas de microscopía para el cribado de muestras y se ha vuelto integral para la biología estructural, con el análisis computacional como su tecnología habilitadora central.
