此后第二年,Henderson、Agard和其他冷凍電鏡的狂熱支持者有條不紊地實現(xiàn)了各種技術改善,尤其是找到了感知電子的更好方法。在數碼相機風靡世界很久之后,很多電子顯微鏡專家仍然偏好過時的膠片,因為它能比數字傳感器更高效地記錄電子。不過,和顯微鏡生產廠商一道,研究人員開發(fā)出遠超膠片和數碼相機探測器的新一代直接電子探測器。
這些從2012年左右獲得應用的探測器,能以每秒幾十幀的速率捕捉單一分子的速射圖像。與此同時,諸如Scheres等研究人員編寫了復雜的軟件程序,將上千幅2D圖像轉變成在很多情況下可與晶體學解析的分子圖像質量相媲美的3D模型。
冷凍電鏡適合能忍受電子轟擊而不會四處晃動的穩(wěn)定、大型分子,因此通常由幾十個蛋白制成的分子機器是很好的目標。而研究證明,沒有什么比由RNA相互纏繞支撐的核糖體更加合適了。通過X射線晶體學解析核糖體結構的方法,讓3位化學家獲得了2009年諾貝爾化學獎。過去幾年里,不同的研究團隊迅速發(fā)表了來自眾多生物體的核糖體冷凍電鏡結構,包括首個人類核糖體高分辨率模型。在由分享了2009年諾貝爾獎的Venki Rama krishnan領導的LMB實驗室,X射線晶體學在很大程度上變得無人問津。他認為,對于大型分子來說,“冷凍電鏡將大幅取代晶體學技術的預測是可靠的”。
今年5月,加拿大多倫多大學結構生物學家John Rubinstein和他的同事利用約10萬幅冷凍電鏡圖像,創(chuàng)建了一種名為V-ATPase、形狀類似轉子的酶的“分子影片”。V-ATPase通過燃燒三磷酸腺苷(ATP)推動質子進出細胞液泡?!拔覀兛吹降氖且磺惺虑槎荚陟`活進行?!盧ubinstein說,“它在彎曲、扭動和變形?!痹谒磥恚@種酶的靈活性能幫助其高效傳遞ATP釋放的能量。
統(tǒng)治結構生物學領域
像任何新興領域一樣,冷凍電鏡領域也有著成長的煩惱。一些專家擔心,競相利用此項技術的研究人員會產生有問題的結果。2013年發(fā)表的一種艾滋病病毒表面蛋白的結構,便受到科學家的質疑。他們認為,用于構建模型的圖像是白噪聲。從那以后,雖然其他團隊產生的X射線和冷凍電鏡模型對原始模型提出了挑戰(zhàn),但這些研究人員一直堅守他們的成果。
今年6月,在高登會議上,想要更多質量控制的研究人員通過一項決議,督促各期刊為審稿人提供關于冷凍電鏡結構如何被創(chuàng)建的細節(jié)資料。
成本也會減緩此項技術的擴散。據Scheres估算,LMB每天花費約3000英鎊運行其冷凍電鏡設備,還要加上1000英鎊的電費。大部分電費是由儲存和處理圖像所需的計算機產生的?!皩τ诤芏鄬嶒炇襾碚f,這是一項很高的開支?!?/span>
為了讓冷凍電鏡的使用更加便利,一些資助者建立了研究人員能預定時間的共享設備。霍華德·休斯醫(yī)學研究所(HHMI)在其弗吉尼亞州珍利亞農場校區(qū)運營著一個對HHMI資助的研究人員開放的冷凍電鏡實驗室。在英國,由政府和惠康基金會資助的一臺全國性冷凍電鏡設備,今年在牛津附近的迪德科特開始運行?!叭藗兿胍私饫鋬鲭婄R,已成為當下的一股浪潮?!睅椭⑸鲜鲈O備的倫敦大學伯克貝克學院結構生物學家HelenSaibil表示。
追趕這一浪潮的還有紐約洛克菲勒大學生物物理學家RodMacKinnon。他因確定了特定離子通道的晶體結構而共同分享了2003年諾貝爾化學獎,但如今卻在深入研究冷凍電鏡?!拔艺幵趯W習曲線的陡坡上,而這總是令我興奮不已?!盡acKinnon希望利用冷凍電鏡研究離子通道是如何打開和關閉的。
當Henderson在1997年反駁說冷凍電鏡將統(tǒng)治結構生物學世界時,他或許是在口是心非。但將近20年以后,他的預言已不像當時看上去的那么夸張。“如果繼續(xù)發(fā)展下去,并且所有技術問題都得到解決,冷凍電鏡確實會成為一種占據統(tǒng)治地位的技術,而不僅僅是第一選擇?!盚enderson說,“我們或許已經成功了一半?!?/span>