Diffraction électronique

Notre but est de développer la diffraction électronique de cristaux tri-dimensionnels pour la détermination des structures de protéines et plus généralement de molécules sensibles aux électrons. C’est une technique prometteuse qui permet d’utiliser des cristaux de taille nanométrique et peut fournir des informations sur les états de charge des ions présents dans les protéines. Le cryo-microscope électronique Tecnai F20 de la plateforme de microscopie électronique de l’IBS est équipé d’un détecteur à pixel hybride Medipix3RX de 512x512 pixels d’Amsterdam Scientific Instruments (ASI) depuis juillet 2020.

Microscope TF20 équipé d’un détecteur à pixel hybride Medipix3RX de 512x512 pixels d’Amsterdam Scientific Instruments (ASI)

Ce détecteur est très sensible aux électrons (DQE(0) > 0,9), quasiment sans bruit, possède une très grande dynamique et permet d’acquérir jusqu’à 2000 images par secondes, sans temps mort entre les images. De plus, grâce à sa fenêtre de silicium de 300 µm d’épaisseur, il peut être utilisé sans beamstop, sans risque de dommage pour le détecteur.
Les acquisitions de données de diffraction se font en rotation continue, à température ambiante comme à la température de l’azote liquide, et peuvent être effectuées à très faibles doses d’électrons pour préserver au maximum l’échantillon. Le logiciel DEXTER d’ASI ou SerialEM peuvent être utilisés pour piloter le détecteur et le microscope.

  • Nano-cristal de lysosyme
  • Carte de potentiel de Coulomb 2Fo-Fc du lysozyme à 2.9 Å de résolution
    Données de diffraction électronique collectées à l’IBS, à 100 K

Des données complètes jusqu’à 2.9 Å de résolution ont déjà été collectées sur différents cristaux de lysozyme et des données à 0.9Å de résolution ont pu être collectées sur des peptides et d’autres petites molécules.

Carte de potentiel de Coulomb 2Fo-Fc du tétrapeptide LGNY à 0.92 Å de résolution
Données de diffraction électronique collectées à l’IBS, à température ambiante

Une collaboration est en cours avec l’Institut Néel pour étudier des metallo-organic framework, particulièrement sensibles aux électrons.
De nouvelles approches pour la préparation des cristaux de protéines, en utilisant le CEMOVIS ou le cryo-FIB-SEM sont en cours de développement.
Si vous avez des cristaux de protéines d’une centaine de nanomètre, n’hésitez pas à nous contacter !

(Le détecteur Medipix3RX a été financé en partie par la vente du cryo-microscope POLARA (FEI, The Netherlands) de la PF de microscopie électronique de l’IBS et également grâce une contribution de l’ILL)

Publication :
Blum, T., Housset, D., Clabbers, M., van Genderen, E., Bacia-Verloop, M., Zander, U., McCarthy, A., Schoehn, G., Ling, W.L.* and Abrahams, J. P.
“Statistically correcting dynamical electron scattering improves refinement of protein nanocrystals, including charge refinement of coordinated metals.”
Acta Crystallographica Section D : Structural Biology 77, Part 1, 75-85 (2021)