Криоэлектронная микроскопия как инструмент системной биологии, структурного анализа и экспериментального воздействия на клетки. Комплексный аналитический обзор новейших работ

Abstract

Целью настоящей работы является демонстрация нового взгляда на криоэлектронную микроскопию биологических структур как на простой многофакторный инструмент системной биологии, допускающий применение его для ультраструктурного позиционно-чувствительного и динамического анализа в молекулярной цитоморфологии и смежных дисциплинах. Рассматриваются различные методы криоэлектронной аналитики и соответствующие системно-биологические интерпретации, систематизация которых может быть полезна для начальной постановки прогрессивных задач при исследованиях данными методами и последующей обработки полученных результатов. Показано, что системность методологии криоэлектронной микроскопии напрямую корреспондирует с системностью и многопараметрическим характером её аналитов в рамках системной биологии. Приводятся данные по использованию криоэлектронной микроскопии в микроструктурной обработке и микроманипуляциях на клетках (т. н. micromachining), а также в разработке молекулярных машин. Приведенные в настоящем аналитическом обзоре сведения основаны на данных криоэлектронной микроскопии последних лет.

Метою даної роботи є демонстрація нового погляду на кріоелектронну мікроскопію біологічних структур як на простий багатофакторний інструмент системної біології, який допускає застосування його для ультраструктурного позиційно-чутливого, а також динамічного аналізу в молекулярній цитоморфології та суміжних дисциплінах. Розглядаються різні методи кріоелектронної аналітики та відповідні системно-біологічні інтерпретації, систематизація яких може бути корисною для початкової постановки прогресивних задач під час досліджень цими методами та наступної обробки отриманих результатів. Показано, що системність методології кріоелектронної мікроскопії прямо кореспондує зі системністю та багатопараметричним характером її аналітів у рамках системної біології. Наведено дані щодо використання кріоелектронної мікроскопії у мікроструктурній обробці та мікроманіпуляціях на клітинах (т. зв. micromachining), а також у розробці молекулярних машин. У цьому аналітичному обзорі наведено відомості на основі даних кріоелектронної мікроскопії останніх років.

The aim of this paper is to give an introductory review of the cryo-electron microscopy as a complex data source for most of the system biology branches, including the most perspective non-local approaches known as localomics and dynamomics. A brief summary of various cryo-electron microscopy methods and corresponding system biological approaches is given in the text. The above classification can be considered as a useful framework for the primary comprehensions about cryo-electron microscopy aims and instrumental tools. We do not discuss any of these concepts in details, but merely point out that their methodological complexity follows only from the structure-functional complexity of biological systems which are investigated in this manner. We also postulate that one can employ some of the cryo-electron microscopic techniques not only for observation, but also for modification and structural refunctionalization of some biological and similar soft matter objects and microscopic samples. In other worlds, we start with the cryoelectron microscopy as a tool for the system biology and progress to its applying as an instrument for system biology and functional biomimetics. All these conclusions can be deduced from the most recent works of the latest years.