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진공 이야기 = Vacuum magazine, v.4 no.4, 2017년, pp.18 - 22
현재경 (한국기초과학지원연구원 전자현미경연구부)
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Transmission electron microscopy (TEM) is a versatile and powerful technique that enables direct visualization of biological samples of sizes ranging from whole cell to near-atomic resolution details of a protein molecule. Thanks to numerous technical breakthroughs and monumental discoveries, 3D ele...
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| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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| 투과전자현미경은 언제 어디서 발명되었는가? | 투과전자현미경(transmission electron microscope, EM)은 Rayleigh 산란 법칙에 기반하여 가시광선보다 짧은 파장을 가지는 전자선을 광원으로 하는 고분해능 영상 장비로써, 1930년대 초 독일의 Ernst Ruska에 의해 발명된 이후로 재료공학, 화학, 생물학을 비롯한 다양한 연구분야에서 필수적인 영상장비로 활용되고 있다 [1]. 특히 생물학에 있어서, 세포 및 소기관의 내부구조에서부터 단백질의 분자구조까지 다양한 미세구조 영역을 어우를 수 있다는 점에서 타 영상장비 또는 구조생물학적 분석기술에 비해 차별화 된다. | |
| 투과전자현미경이란? | 투과전자현미경(transmission electron microscope, EM)은 Rayleigh 산란 법칙에 기반하여 가시광선보다 짧은 파장을 가지는 전자선을 광원으로 하는 고분해능 영상 장비로써, 1930년대 초 독일의 Ernst Ruska에 의해 발명된 이후로 재료공학, 화학, 생물학을 비롯한 다양한 연구분야에서 필수적인 영상장비로 활용되고 있다 [1]. 특히 생물학에 있어서, 세포 및 소기관의 내부구조에서부터 단백질의 분자구조까지 다양한 미세구조 영역을 어우를 수 있다는 점에서 타 영상장비 또는 구조생물학적 분석기술에 비해 차별화 된다. | |
| TEM의 구조 및 작동원리 상수분을 함유하고 있는 생물시료를 영상화하기에 갖는 어려움은 무엇이 있는가? | 위에서 소개한 바와 같이 TEM의 구조 및 작동원리 상수분을 함유하고 있는 생물시료를 영상화하기에는 많은 어려움이 따른다. 첫째로는 전자선에 의한 시료의 파괴인데, 일반적으로 전자선에의한 시료의 손상은 열손상(thermal damage), 가속전자에 의해 원자가 손실되는 녹아웃 손상(knock out damage), 그리고 방사선 손상(radiation damage)로 나뉜다. 이러한 손상 중 섬세한 생화학적 작용을 통해 유지되는 생물분자의 경우 가해지는 고에너지 전자에 의한 방사선 손상에 의해 화학결합이 파괴되는데, 극소량의 전자밀도(>10~20 e-/Å2) 이상으로 전자선을 조사할 경우 그 구조가 변질되어 버리므로 생물시료 분석에 있어 의한 가장 심각한 문제점으로 꼽을 수 있다 [4]. 이와 같은 맥락으로, 생물시료를 구성하는 경원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 등)에 의한 낮은 전자 산란은 영상의 낮은 명암대비로 이어지게 되며 특히 위와 같은 낮은 전자밀도의 영상조건에서는 고분해능 정보를 유지하고 있는 영상 데이터 수집이 어렵다. 두번째 문제점은 TEM 내부의 고진공 환경에 따른 시료의 준비의 제약이다. 생물시료의 경우 수분이 제거될 경우 본연의 구조를 유지하지 못하기 때문에 자연상태의 고분해능 구조관찰이 불가능 하다. 이와 같은 문제점들을 해소하기 위해 1980년대 초반 까지는 생물시료들을 우라늄 또는 텅스텐이 포함된 중원소 물질로 염색한 후 건조하여 관찰함으로써 영상의 명암대비를 높이고 전자빔에 대한 방사선손상을 최소화 하였다. 그러나 염색 전처리를 통해 준비된 시료는 여전히 건조과정을 통해 그 구조가 변질되었으므로 자연상태의 구조분석이 어려울뿐더러 시료를 감싸고 있는 염색분자에 의한 전자산란으로 영상을 얻기 때문에 다소 왜곡된 구조적 정보를 얻을 수 있다 [5]. |
D.B. Williams and C.B. Carter, Transmission electron microscopy: , 2ed. (Springer US, 2009).
J. Hyun and H.S. Jung, Biodesign 1, 13 (2013).
E. Nogales, Nature methods 13 (1), 24 (2016).
R. F. Egerton, P. Li, and M. Malac, Micron 35 (6), 399 (2004).
M. Ohi, Y. Li, Y. Cheng, and T. Walz, Biological procedures online 6, 23(2004).
J. Dubochet, M. Adrian, J. J. Chang, J. C. Homo, J. Lepault, A. W.McDowall, and P. Schultz, Quarterly reviews of biophysics 21 (2),129 (1988).
J. Frank, A. Verschoor, and M. Boublik, Science 214 (4527), 1353(1981).
J. A. Mindell and N. Grigorieff, Journal of structural biology 142 (3),334 (2003).
D. J. De Rosier and A. Klug, Nature 217 (5124), 130 (1968)
R. Henderson and P. N. Unwin, Biophysics of structure and mechanism3 (2), 121 (1977).
X. Li, P. Mooney, S. Zheng, C. R. Booth, M. B. Braunfeld, S. Gubbens, D.A. Agard, and Y. Cheng, Nature methods 10 (6), 584 (2013)
B .E. Bammes, R. H. Rochat, J. Jakana, D. H. Chen, and W. Chiu, Journal of structural biology 177 (3), 589 (2012).
X. C. Bai, I. S. Fernandez, G. McMullan, and S. H. Scheres, eLife 2, e00461 (2013).
S. H. Scheres, Methods in enzymology 579, 125 (2016).
R. Danev, D. Tegunov, and W. Baumeister, eLife 6 (2017).
Y. L. Liang, M. Khoshouei, M. Radjainia, Y. Zhang, A. Glukhova, J. Tarrasch, D. M. Thal, S. G. B. Furness, G. Christopoulos, T. Coudrat, R. Danev, W. Baumeister, L. J. Miller, A. Christopoulos, B. K. Kobilka, D. Wootten, G. Skiniotis, and P. M. Sexton, Nature 546 (7656), 118(2017).
S. S. Hasan, A. Miller, G. Sapparapu, E. Fernandez, T. Klose, F. Long, A.Fokine, J. C. Porta, W. Jiang, M. S. Diamond, J. E. Crowe, Jr., R. J. Kuhn,and M. G. Rossmann, Nature communications 8, 14722 (2017).
A. W. P. Fitzpatrick, B. Falcon, S. He, A. G. Murzin, G. Murshudov, H. J. Garringer, R. A. Crowther, B. Ghetti, M. Goedert, and S. H. W. Scheres,Nature 547 (7662), 185 (2017).
J. A. Briggs, Current opinion in structural biology 23 (2), 261 (2013).
J. Frank and A. Ourmazd, Methods 100, 61 (2016).
H. Jeong, J. S. Kim, S. Song, H. Shigematsu, T. Yokoyama, J. Hyun, and N. C. Ha, Structure 24 (2), 272 (2016).
H. Jeong, S.-G. Lee, H.-S. Kweon, and J. Hyun, Biodesign 5 (3), 96(2017).
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