2. ÃÊÀú¿Â ÀüÀÚ Çö¹Ì°æÀ» ÅëÇÑ °íÇØ»óµµ ±¸Á¶ ¿¬±¸
ÃÊÀú¿Â ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ ´Ü¹éÁúÀÇ ±¸Á¶ ºÐ¼®Àº 70³â´ëºÎÅÍ ²ÙÁØÇÏ°Ô ÁøÇàµÇ¾î ¿Ô´Ù. ´Ü¹éÁú ºÐÀÚ¿¡ ´ëÇÑ º»°ÝÀûÀÎ ¿¬±¸´Â 80³â´ë Single-molecule cryo electron microscopy°¡ µµÀÔµÇ¸é¼ ÀÌ·ç¾î Á³´Âµ¥, ´Ü¹éÁúÀ» ¾ãÀº ice (¾óÀ½)¿¡ °¡µÎ¾î¼ ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© 2D projection À̹ÌÁö¸¦ ȹµæÇÏ¿© À̷κÎÅÍ 3D ±¸Á¶¸¦ ±Ô¸íÇÏ´Â °ÍÀÌ´Ù. ´Ü¹éÁúÀÇ 2D projectionÀ» ¾ò´Â °úÁ¤¿¡¼ ÀÌµé ´Ü¹éÁúµéÀÇ ¾óÀ½ ¾È¿¡¼ÀÇ ¹æÇ⼺ (orientation) Á¤º¸¸¦ ÀÒ¾î¹ö¸®°Ô µÇ´Âµ¥, ÀÌ·¯ÇÑ ¹æÇ⼺ Á¤º¸´Â ´Ù¾çÇÑ ¹æÇâÀÇ ´Ü¹éÁúÀÇ 2D projection À̹ÌÁö¸¦ ¾ò¾î °è»êÀ» ÅëÇؼ ¾òÀ» ¼ö ÀÖ´Ù. ÇÏÁö¸¸, ÀÌ·¯ÇÑ ¹æÇ⼺ Á¤º¸ÀÇ ºÎÁ¤È®¼º, ÀüÀÚ¿¡ ÀÇÇÑ ´Ü¹éÁúÀÇ radiation damage, detectorÀÇ ºñÈ¿À²¼ºÀ¸·Î ÀÎÇØ ³·Àº ÇØ»óµµÀÇ ´Ü¹éÁú ±¸Á¶ ±Ô¸í¸¸ °¡´ÉÇß¾ú°í, ÀÌ·Î ÀÎÇØ ´Ü¹éÁú ±¸Á¶¿¬±¸¿¡ Á߽ɿ¡ ¼Áö ¸øÇÏ°í ´ëºÎºÎºÐ X-¼± °áÁ¤ÇÐÀû ¹æ¹ý·ÐÀ¸·Î Á¢±ÙÀÌ ¾î·Á¿î ¸®º¸Á»µî°ú °°Àº Å©±â°¡ Å« ¼öÇÁ¶ó¸ô·¹±Ö(Supramolecule)ÀÇ ³·Àº ÇØ»óµµ ±¸Á¶¸¦ ¿¬±¸ÇØ ¿Ô´Ù. ÇÏÁö¸¸, ÃÖ±Ù ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀÇ »õ·Î¿î ¹ß´Þ·Î ÀÎÇؼ ¿øÀÚ¼öÁØÀÇ ±¸Á¶¸¦ ±Ô¸íÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ´Ü°è¿¡ µé¾î ¼Ì´Ù. ±× ¿¹·Î, ÃÊÀú¿Â ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© ´Ü¹éÁúÀÇ 3Â÷¿ø ±¸Á¶¸¦ °íÇػ󵵷Π±Ô¸íÇÏ¿© X-¼± °áÁ¤ÇÐÀû ¹æ¹ý·Ð¿¡ ÀÇÇؼ¸¸ °¡´ÉÇÏ¿´´ø ¾Æ¹Ì³ë»êÀÇ ÀܱâÀÇ ÀüÀÚ ¹Ðµµ±îÁö º¼ ¼ö ÀÖ´Â ¼öÁØ¿¡ À̸£·¶´Ù (±×¸² 1).
±×¸² 1. ÃÊÀú¿Â ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ °íÇØ»óµµ ¸®º¸Á»(ÁÂ: Bai et al., eLife2013) ¹×
GALALCTOSIDASE (¿ì: Bartesaghi et al., PNAS 2014)
ÀÌ·¯ÇÑ ¹ß´ÞÀº ±×¸² 2¿Í °°Àº ÃÊÀú¿Â ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ±¸Á¶»ý¹°ÇÐ ¿¬±¸¿¡ ÀÖ¾î¼ °¢ ´Ü°è¿¡ ÀÌ¿ëÇÑ »õ·Î¿î ±â±â¿Í ±â¼úÀÇ µµÀÔÀ¸·Î °¡´ÉÇØÁ³´Ù.
±×¸² 2 ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ Structural biology work flow (www.fei.com)
1). New Microscopy and New detector system:
ÀüÀÚ Çö¹Ì°æÀ» ÅëÇØ °íÇØ»óµµÀÇ À̹ÌÁö¸¦ ¾ò´Âµ¥ Áö±Ý±îÁö ¹®Á¦°¡ µÇ¾ú´ø °ÍÀº À̹ÌÁö¸¦ ¾ò´Â °úÁ¤¿¡¼ ´Ü¹éÁú ½Ã·á°¡ ÀüÀÚºö¿¡ ÀÇÇØ ¿òÁ÷ÀÌ´Â °Í°ú, detector systemÀÇ ³·Àº ¼öÀ²¶§¹®À̾ú´Ù. ÃÖ±Ù ÀÌ·¯ÇÑ ¹®Á¦Á¡µéÀ» ±Øº¹ÇÑ ÀüÀÚ¸¦ Á÷Á¢ detectÇÒ ¼ö ÀÖ´Â direct detector°¡ °³¹ß µÇ¾ú´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ direct detector¸¦ ÀÌ¿ëÇÏ¿© movie mode·Î À̹ÌÁö¸¦ ¾òÀ» ¼ö Àִµ¥, Áï 1ÃÊ°£ À̹ÌÁö¸¦ ¾ò´Â µ¿¾È 40-60°³ÀÇ frameÀÇ À̹ÌÁö¸¦ ȹµæÇÏ¿© °¢ À̹ÌÁö¸¦ computational alignÀ» ÇÏ°Ô µÇ¸é ÀüÀÚºö¿¡ ÀÇÇØ ¿òÁ÷ÀÌ´Â »ùÇÃÀ» alignÇÏ¿© °íÇØ»óµµ À̹ÌÁö¸¦ ¾òÀ» ¼ö ÀÖ°Ô µÇ¾ú´Ù.
±×¸² 3. Movie mode ¿Í alignment ¸¦ ÅëÇÑ °íÇØ»óµµ À̹ÌÁö ȹµæ
(ÁÂ: without alignment, ¿ì: with alignment) (Grigorieff, eLIFE 2013)
2). Automated Single Particles Acquisition Software (EPU):
Single-particle cryoEM (´ÜºÐÀÚ ÃÊÀú¿Â ÀüÀÚÇö¹Ì°æ)À» ÀÌ¿ëÇÏ¿© ´Ü¹éÁúÀÇ ±¸Á¶¸¦ ±Ô¸íÇϱâ À§Çؼ´Â Àû°Ô´Â ¸î¸¸°³ ȤÀº ¹é¸¸°³ ÀÌ»óÀÇ ´ÜºÐÀÚÀÇ À̹ÌÁö¸¦ ȹµæÇÏ¿©¾ß ÇÑ´Ù. Áö±Ý±îÁö´Â ÀÌ·¯ÇÑ ´ë·®ÀÇ À̹ÌÁö ȹµæÀº ¸¹Àº ½Ã°£ÀÌ ¼Ò¸ðµÇ´Â ÀÛ¾÷À̾ú´Ù. ÇÏÁö¸¸, ÃÖ±Ù FEI¿¡¼ Automated Single Particles Acquisition Software (EPU: ¡°E pluribus Unum¡±, Latin pharase for ¡°out of many, one¡±) À̳ª Jeol ÀÇ JEOL Automated Data Acquisition System (JADAS) software ÀÇ µµÀÔÀ¸·Î »ç¶÷ÀÇ ÀÛ¾÷À» ÃÖ¼ÒÈÇÏ¿© ´ë·®ÀÇ À̹ÌÁö¸¦ ȹµæÇÏ´Â ¹æ¹ýÀÌ °³¹ß µÇ¾ú´Ù. EPU¸¦ ÀÌ¿ëÇÒ °æ¿ì ÇÏ·ç ¾à 250,000°³ÀÇ ´ÜºÐÀÚ À̹ÌÁö¸¦ ȹµæÀÌ °¡´ÉÇÏ¿© High-throughputÀ¸·Î µ¥ÀÌÅÍ È¹µæÀÌ °¡´ÉÇØ Á³´Ù.
±×¸² 4. EPU (www.fei.com)
3) »õ·Î¿î Data processing Algorithm °ú Software ÀÇ °³¹ß:
»õ·Î¿î ±â±â¿Í »õ·Î¿î Detector ÀÇ ¹ß´Þ°ú ÇÔ²², À̹ÌÁö µ¥ÀÌÅ͸¦ ó¸®ÇÏ´Â »õ·Î¿î Algorithm°ú Software°¡ °³¹ßµÇ°í ÀÖ¾î, ´ÜºÐÀÚ ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ °íÇØ»óµµ ´Ü¹éÁú ±¸Á¶ÀÇ ºÐ¼®ÀÌ °¡´ÉÇØ Áö°í ÀÖ´Ù. ÇÏÁö¸¸, ÇöÀç´Â ÀÌ·¯ÇÑ SoftwareÀÇ °³¹ßÀÌ Ãʱ⠴ܰ迡 ÀÖ¾î, ¸¹Àº ÀÌ¿ëÀÚµéÀÌ ¿ëÀÌÇϱâ ÀÌ¿ëÇϱâ À§ÇÑ ³ë·ÂÀÌ ÇÊ¿äÇÑ °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµÈ´Ù.
3. Perspectives
ÃÖ±Ù »õ·Î¿î ÀüÀÚ Çö¹Ì°æ ±â±â¿Í detection ½Ã½ºÅÛÀÇ ¹ß´Þ·Î, ´ÜºÐÀÚ ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© ¿øÀÚ¼öÁØÀÇ ÇØ»óµµ ±¸Á¶ºÐ¼®ÀÌ °¡´ÉÇØ Á³´Ù. ÇÏÁö¸¸, ¾ÆÁ÷±îÁöµµ ÀÌ·¯ÇÑ ±¸Á¶ ºÐ¼®¹ýÀ» ¸¹Àº ¿¬±¸ÀÚµéÀÌ ÀÌ¿ëÇϱ⿡´Â ¸î°¡Áö ÇÑ°èÁ¡ÀÌ ÀÖ´Ù. ù°, ÇöÀç °íÇØ»óµµ ±¸Á¶ ºÐ¼®ÀÌ °¡´ÉÇÑ ±â±â´Â ¾à 50¾ïÁ¤µµ·Î ¸Å¿ì °í°¡ À̸ç, À¯Áöºñ±â 5¾ï/1³âÁ¤µµÀÇ ºñ¿ëÀÌ µé¾î, °³Àבּ¸ÀÚµéÀÌ º¸À¯ÇÒ ¼ö ¾ø´Â °æ¿ì°¡ ´ëºÎºÐÀÌ´Ù. Áö±Ýµµ ¹Ì±¹, À¯·Æ ¸î °÷¿¡¼ ±¸Á¶ ¿¬±¸ ¼¾ÅÍ¿¡¼ ÀÌ·¯ÇÑ Àåºñ¸¦ º¸À¯ÇÏ°í, ¿¬±¸ÀÚµéÀÌ EM beamtimeÀ» ½ÅûÇÏ¿© ±¸Á¶¿¬±¸¸¦ ÁøÇàÇÏ°í ÀÖ´Â »óÅÂÀÌ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ °í°¡ÀÇ EM Àåºñ´Â, X-¼± °áÁ¤Çп¡ ÀÌ¿ëµÇ´Â synchrotron facility¿Í ºñ½ÁÇÑ °³³äÀ¸·Î ¿î¿µµÇ´Â °ÍÀÌ ¹Ù¶÷Á÷ÇÏ´Ù°í º»´Ù. Áï °Å´ë ¿¬±¸ ¼¾Å¸¿¡¼ ÁýÁßÀûÀ¸·Î EM Àåºñ¸¦ ±¸ÀÔ ¹× À¯Áö¸¦ ´ã´çÇÏ°í, ¿¬±¸ÀÚµéÀÌ synchrotron facility¸¦ ÀÌ¿ëÇÏ´Â °Í°ú ºñ½ÁÇÑ Çü½ÄÀ¸·Î EM beamtimeÀ» shareÇÏ´Â Çü½ÄÀ¸·Î ¿î¿µµÇ¾î¾ß ÇÒ °ÍÀ¸·Î º»´Ù. ¿ì¸®³ª¶ó¿¡¼µµ ´ÙÇàÀÌ ÃÖ±Ù ±âÃÊ°úÇÐÁö¿ø¿¬±¸¿ø¿¡¼ Titan Krios EM ÀåºñÀÇ µµÀÔÀÌ ÃßÁøµÇ°í Àִµ¥, ¾ÕÀ¸·ÎÀÇ ÀÌ·¯ÇÑ °í¼º´É EMÀåºñÀÇ ¼ö¿ä¸¦ °í·ÁÇÒ ¶§ 2-3´ëÀÇ ÀåºñµµÀÔÀÌ Ãß°¡µÇÀÔÀÌ Àý½ÇÈ÷ ÇÊ¿äÇÒ °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµÈ´Ù.
ÀüÀÚ Çö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ ¿øÀÚ ¼öÁØÀÇ Çػ󵵷Π´Ü¹éÁúÀÇ ±¸Á¶¸¦ ¿¬±¸ÇÏ´Â °ÍÀº, ±âÁ¸¿¡ ´Ü¹éÁúÀÇ °áÁ¤À» ȹµæÇؾ߸¸ Çß´ø, X-¼± °áÁ¤ÇÐÀû ¹æ¹ýÀÇ ´ÜÁ¡À» ¶Ù¾î³Ñ´Â ±¸Á¶»ý¹°Çп¡¼ ¸Å¿ì Áß¿äÇÑ ¿ªÇÒÀ» ´ã´çÇÒ °ÍÀÌ´Ù. ÇÏÁö¸¸, ÀüÀÚ Çö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ ±¸Á¶¿¬±¸´Â ¾ÆÁ÷µµ 300KDa ÀÌ»óÀÇ °Å´ë ºÐÀÚ¿¡¼¸¸ °¡´ÉÇϱ⠶§¹®¿¡, X-¼± °áÁ¤ÇÐÀº ¾ÕÀ¸·Î ±× Å©±â°¡ ÀÛÀº ºÐÀÚ¿¡ ÁýÁß µÉ °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµÇ°í, ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀº °áÁ¤ÈÇϱâ Èûµç °Å´ëºÐÀÚ¿¡ ÁýÁßÇÒ °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµÈ´Ù. ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ ´Ü¹éÁúÀÇ ±¸Á¶ ºÐ¼®Àº ±× ÇÊ¿äÇÑ ´Ü¹éÁúÀÇ ¾çÀº X-¼± °áÁ¤ÇÐÀû ¹æ¹ý·Ð¿¡ ÇÊ¿äÇÑ ´Ü¹éÁúÀÇ ¾ç¿¡ ºñÇØ ¸Å¿ì ÀûÀº ¾çÀÌÁö¸¸, ¸Å¿ì ³ôÀº qualityÀÇ ´Ü¹éÁúÀÌ ÇÊ¿äÇÑ °Í¿¡¼´Â X-¼± °áÁ¤ÇÐÀû ¹æ¹ý°ú ºñ½ÁÇÑ ±âÁØÀÌ ¿ä±¸µÈ´Ù. ÀüÀÚÇö¹Ì°æÀ» ÀÌ¿ëÇÑ °íÇØ»óµµÀÇ ´Ü¹éÁú ±¸Á¶°¡ °¡´ÉÇØÁü¿¡ µû¶ó ¾ÕÀ¸·Î´Â Á¡Á¡ ´õ °í¼øµµÀÇ ´Ü¹éÁú ½Ã·áÀÇ È¹µæÀÌ ±¸Á¶ »ý¹°Çп¡¼ ÇÙ½ÉÀûÀÎ ¿ªÇÒÀ» ÇÏ°Ô µÉ °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµÈ´Ù.