儀器儀表商情網(wǎng)訊：生物學(xué)領(lǐng)域一直都是科學(xué)家們研究的重點(diǎn)，要想發(fā)展生物學(xué)領(lǐng)域，檢測儀器儀表的革新十分的重要，未來冷凍電鏡也許并不會成為科研人員的第一選擇。

       在英國劍橋市一座鋼結(jié)構(gòu)建筑深處的地下室里，一場大規(guī)模的“叛亂”正在上演。

       一個約3米高的龐大金屬箱正通過消失在屋頂上的橙色粗電纜，靜悄悄地發(fā)射兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。這是全球最先進(jìn)的冷凍電子顯微鏡之一：一臺利用電子束為冷凍的生物分子成像并揭秘其分子形狀的設(shè)備。英國醫(yī)學(xué)研究委員會分子生物學(xué)實驗室（LMB）結(jié)構(gòu)生物學(xué)家SjorsScheres像個矮子一樣站在這臺價值500萬英鎊（合770萬美元）的設(shè)備旁邊介紹說，這臺顯微鏡非常敏感，以至于一個叫喊聲就能毀掉試驗。

       在全球?qū)嶒炇抑?，類似這樣的冷凍電鏡正影響著結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域。過去3年里，它們揭示了制造蛋白的核糖體細(xì)節(jié)，而這些發(fā)現(xiàn)正在以飛快的速度發(fā)表于頂級期刊。結(jié)構(gòu)生物學(xué)家們毫不夸張地認(rèn)為，他們的領(lǐng)域正處于一場革命當(dāng)中：冷凍電鏡能快速創(chuàng)建那些抗拒X射線結(jié)晶學(xué)和其他方法的分子的高分辨率模型。與此同時，利用此前技術(shù)獲得諾貝爾獎的實驗室正爭先恐后地學(xué)習(xí)這種“新貴”方法。

       挑戰(zhàn)“王者”

       當(dāng)1973年生物學(xué)家Richard Henderson到LMB研究一種被稱為菌視紫紅質(zhì)的蛋白時，利用光能量推動質(zhì)子穿過細(xì)胞膜的X射線結(jié)晶學(xué)是毫無疑問的“王者”。Henderson和他的同事Nigel Unwin利用這種蛋白制成二維晶體，但它們并不適合X射線衍射。因此，兩人決定嘗試電子顯微鏡。

       當(dāng)時，電子顯微鏡用于研究被重金屬染色劑處理過的病毒或組織切片。一束電子被射向樣品，其中掙脫開來的電子被探測到并用于描繪它們所撞入的材料結(jié)構(gòu)。這種方法產(chǎn)生了煙草病菌的首幅清晰圖像，但染色劑使觀察單個蛋白變得困難，更不用說X射線所能揭示的原子水平上的細(xì)節(jié)。

      在一個關(guān)鍵步驟中，當(dāng)Henderson和Unwin利用電子顯微鏡對菌視紫紅質(zhì)的晶片進(jìn)行成像時，他們省略了染色劑，相反把晶體放在金屬網(wǎng)格上，以便使蛋白凸顯出來?！澳隳芸吹降鞍字械脑印！焙蚒nwin在1975年發(fā)表了菌視紫紅質(zhì)結(jié)構(gòu)的Henderson介紹說?！斑@是一個巨大的進(jìn)步?！泵绹又荽髮W(xué)舊金山分校細(xì)胞生物學(xué)家DavidAgard表示，“這就是說，利用電子顯微鏡研究蛋白結(jié)構(gòu)將成為可能?！?/span>

       冷凍電鏡領(lǐng)域在上世紀(jì)八九十年代得到發(fā)展。一個關(guān)鍵進(jìn)步是將液態(tài)乙烷用于瞬間凍結(jié)溶液中的蛋白并使其保持靜止。不過，通常情況下，這種技術(shù)仍然只能將蛋白結(jié)構(gòu)解析到10埃（1埃相當(dāng)于1納米的十分之一）的分辨率——與X射線晶體學(xué)超過4埃的模型相比并沒有競爭力，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足將這些結(jié)構(gòu)用于藥物設(shè)計的要求。當(dāng)諸如美國國立衛(wèi)生研究院等資助者把上億美元投資到野心勃勃的晶體學(xué)項目時，對冷凍電鏡的資助遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于此。1997年，當(dāng)Henderson參加關(guān)于3D電子顯微鏡的年度高登研究會議時，一位同事在開幕式上發(fā)表了頗有挑釁意味的聲明：冷凍電鏡是一種“小生境”方法，不可能取代X射線晶體學(xué)。不過，Henderson能看到一個不同的未來，并且在隨后的演講中進(jìn)行了反駁?！爱?dāng)時我說，我們應(yīng)當(dāng)讓冷凍電鏡在全球統(tǒng)治所有結(jié)構(gòu)學(xué)方法。”他回憶道。

       革命從此開始