Ny core-facilitet erbjuder avbildningsteknik i världsklass
Coronapandemin satte stopp för den planerade invigningen i höst, men nu är Karolinska Institutets nya core-facilitet för 3D-EM i full drift. I källaren på Wargentinhuset, campus Solna finns flera kryoelekotronmikroskop av den allra senaste modellen som kan användas både av KI:s egna forskare och externa kunder. Martin Hällberg, forskargruppsledare vid institutionen för cell- och molekylärbiologi och föreståndare för 3D-EM-anläggningen berättar om satsningen.
Vad är det ni har installerat?
– Vi har flera mikroskop, men toppmikroskopet, Kriosen, är det bästa som finns på marknaden. Det gör det möjligt att skapa 3D-bilder i hög upplösning, vilket räcker för att man ska kunna förstå hur ett till exempel ett visst proteinkomplex ser ut rent molekylärt, i naturligt tillstånd. Eftersom avbildningen görs när preparaten är blixtnedfrusna ger det möjlighet att få se preparaten i nativa tillstånd, opåverkade av hantering. Det här är en utrustning som gör det möjligt att genomföra studier av en kvalitet som accepteras av de bästa tidskrifterna, säger Martin Hällberg.
Har tekniken redan hjälpt KI-forskare till publiceringar?
– Ja, bland annat en studie om hur ryggmärgens stamceller kan stimuleras till att bilda nya nervceller vid ryggmärgsskada hos möss. Därutöver har två studier som handlar om covid-19 publicerats. I den ena har forskare med hjälp av data samlad i Kriosen kunnat se hur en liten antikropp fäster på ett ytprotein på sars-cov-2, vilket blockerar virusets möjligheter att ta sig in i celler. Den studien var gjord i alpackor. I den andra studien framgår hur en syntetisk antikropp, kallad Sybody 23, kan binda till det spikprotein som hjälper sars-cov-2-virus att binda till celler.
Vad har det kostat?
– Utrustningsbudgeten är på totalt cirka 60 miljoner kronor och finansierad med KI:s infrastrukturmedel. Huvuddelen av utrustningen har nu köpts in och satts i drift. Det har tagit flera år att få faciliteten på plats och vi stötte på en del problem. Till exempel fick vi reda på först långt fram i byggnadsskedet att den nya den nya tunnelbanan, som nu byggs längs med Solnavägen, skulle spränga och inte borra sig fram i området. Det krävde en hel del extra arbete att hitta en lösning för att dämpa vibrationerna.
– Vi råkade också ut för en hel del problem med anledning av covid-19, då tekniker inte kunde resa hit från Nederländerna och vi blev tvungna att starkt begränsa träningen av användare. Nu på senhösten ser vi också en nedgång av antalet prover som kommer från användarna, antagligen har covid-19 satt stopp för mycket av provberedningen. Under senvåren och sommaren var det full fart med prover som i många fall hade tagits fram före pandemin.
Hur kan forskare använda anläggningen?
– Den som forskar vid Karolinska Institutet betalar en nedsatt användaravgift och får träningen gratis. Anläggningen är även tillgänglig för externa forskare och företag, men då blir det såklart betydligt dyrare. Den som är intresserad tar kontakt med oss via webbplatsen. Sedan får man ta ett körkort på ett av våra enklare mikroskop för att lära sig tekniken.
– Något vi är väldigt glada att kunna erbjuda är riktigt bra möjligheter till preparatframställning, där man kan frysa preparat och stegvis få fram allt tunnare lameller. Det finns också möjlighet att undersöka preparaten i ett mindre avancerat kryoelektronmikroskop för att få en uppfattning om det är värt att gå vidare med mer avancerad teknik i högre upplösning. Allt detta kan man få hjälp med. Det finns olika svårighetsnivåer i provframställningen, de knepigaste varianterna kräver oftast flera försök innan man får något man kan använda. Vi kallar dessa tekniker lite skämtsamt för ”trial and horror”, men allting går framåt och det blir mer och mer automatiserat och förutsägbart vilken kvalitet man kommer att kunna nå i slutänden.
Vilka forskare riktar ni er till i första hand?
– I början har vi haft mycket biokemister som vill lära sig hur framrenade proteinkomplex ser ut molekylärt och därigenom förstå hur de fungerar. Under vintern kommer vi att utöka och färdiginstallera provberedning som gör det möjligt att titta inne i blixtfrusna celler med hjälp av kryoelektronmikroskopi. Det är först de senaste åren som man har kunnat börja titta på nativt cellmaterial och vävnadsprov. Förut har man alltid behövt bädda in materialet i plats och färga in med tungatomer och då har mycket av de naturliga strukturerna i cellen förstörts eller förvanskats. Detta är tekniker under stark utveckling runt om i världen och nu är också KI med på banan. Vi kommer att se en revolution av cellbiologin under de närmaste åren tack vare den här utvecklingen.
Fakta: Kryoelektronmikroskopi
Tre forskare, Jacques Dubochet, Joachim Frank och Richard Henderson, fick 2017 Nobelpriset i kemi för sina respektive bidrag till kryoelektronmikroskopin. Metoden går ut på att preparatet fixeras när det sänks ned i flytande etan och genom avbildning från många håll går det att pussla ihop en tredimensionell bild. Det gör det möjligt att kika in i celler och på molekylär nivå förstå vad som pågår.