Transmission electron microscopy:Studies of soft materials in chemistry and biology

Gebruik makend van transmissie elektronenmicroscopie (TEM), werden verschillende onderzoeken gedaan. De elektronenmicroscoop is een krachtig instrument dat ons laat werken op schalen van nanometers en kleiner. Het is soms moeilijk te onderscheiden of de zichtbare structuren het effect zijn van het moleculair ontwerp of van de TEM preparatie methode. In het eerste onderzoek wordt ingegaan op de drie meest voorkomende TEM preparatie methoden, drogen, kleuren en cryo-fixatie. Hun interpretatie, artefacten en de te verkrijgen informatie worden besproken. Alle drie de technieken zijn gebruikt in een volgend onderzoek waar TEM is gebruikt voor het bestuderen van zachte chemische materialen. In de chemie is het vrij gebruikelijk om een stof in oplosmiddel te mengen met een (deels) niet-oplosmiddel zodat de stof gaat aggregeren. Zo werden komvormige aggregaten gemaakt. Vervolgens werd hun aard en het mechanisme achter hun vorming vastgesteld. In een ander, meer biologisch, onderzoek werd TEM gebruikt om het eiwitcomplex NDH-1 van Thermosynechococcus elongates te bestuderen. Door NdhP met het groen fluorescent eiwit te fuseren en vervolgens het gezuiverde eiwit te analyseren met losse deeltjes analyse, kon de locatie van NdhP in het NDH-1 complex worden vastgesteld. Ribosoom dimerisatie in Lactococcus lactis was het hoofdonderzoek. In vergelijking met het veel beter bestudeerde Escherichia coli heeft L. lactis een ander en veel vaker voorkomend mechanisme. Dimerisatie beperkt de ribosoom activiteit en wordt in L. lactis veroorzaakt door het HPFlang eiwit. De structuur van de ribosoom dimeer in complex met HPFlang werd opgelost. Dit gaf nieuw inzicht in de werking van HPFlang.Various studies were performed with transmission electron microscopy (TEM) as the main technique. The electron microscope is a powerful tool that allows us to work at scales of nanometers and smaller. Whether the observed structures are the effect of molecular design or influenced by sample preparation can be hard to distinguish. The first study addresses the three most common TEM methods, drying, staining and cryo-fixation, in terms of interpretation, artefacts and information that can be obtained. All three techniques were used in the next study. The mixing of a solvent and non-solvent to induce aggregation is common practice in soft matter chemistry. Bowl-shaped aggregates resulting from solvent mixing were characterized in detail, demonstrating their nature and the mechanism of their formation. In another more biological study, TEM was used to gain new insights in complex NDH-1 of the cyanobacterium Thermosynechococcus elongates. NdhP was located in the large complex by fusion with Green Fluorescent Protein and the subsequent analysis of the purified complex by single particle averaging. The main research was on ribosome dimerization in Lactococcus lactis. L. lactis has a different and much more common mechanism of dimerization than the well-studied bacterium Escherichia coli. Dimerization inhibits ribosome activity and is in L. lactis induced by protein HPFlong. The structure of HPFlong in complex with the dimeric 100S ribosome was solved. It allowed new insights in ribosome dimerization and inactivation by HPFlong showing a different mechanism of translation control to what was previously known