2017年諾貝爾化學獎：冷凍電子顯微鏡

【概要】Jacques Dubochet，Joachim Frank和Richard Henderson利用冷凍電子顯微鏡，測定出了溶液中生物分子的高分辨率結構，并據此獲得了2017年諾貝爾化學獎。

【圖注】在過去幾年中，研究人員已經發表了許多蛋白質復合物的原子結構。

（a）控制晝夜節律的蛋白質復合物。

（b）在人耳分貝范圍內讀取耳朵壓力變化的傳感器。

（c）Zika病毒。

鑒于他們開發了冷凍電子顯微鏡，并將其使用于溶液中生物分子的結構測定，甚至得出了高分辨率的結構測定結果。瑞典皇家科學院決定將2017年諾貝爾化學獎頒發給瑞士洛桑大學的Jacques Dubochet、美國紐約哥倫比亞大學的Joachim Frank以及來自英國劍橋分子生物學MRC實驗室的Richard Henderson。

冷顯微鏡技術改革生物化學領域

我們有可能將在原子分辨率的級別，獲得生命體的復雜機械詳細圖譜。2017年諾貝爾化學獎的獲得者Jacques Dubochet，Joachim Frank和Richard Henderson，他們致力于開發低溫電子顯微鏡，在簡化的同時改進了生物分子的成像模式，這種方法使得生物化學進入了一個新的時代。

圖片是科研的關鍵，科學突破往往建立在人眼不可見物體的成功可視化之上。然而，生物化學圖譜長期以來存在技術空白，這是因為可用的技術難以產生大量生命體的機械圖像。冷凍電子顯微鏡改變了這一切，研究人員現在可以將從未見過的生物分子中間運動情況變為可視化過程，這對生物化學的基礎研究和制藥領域的發展至關重要。

電子顯微鏡長期以來被認為只適用于死亡物質的成像，因為強大的電子束會破壞生物材料。但是在1990年，Richard Henderson?成功地使用電子顯微鏡在原子分辨率上產生了蛋白質的三維圖像，這一突破證明了此項技術的潛力。Joachim Frank使該項技術逐步得到應用，在1975年至1986年間，他開發了一種圖像處理方法，分析合并電子顯微鏡的模糊二維圖像，使其顯示出尖銳的三維結構。

Jacques Dubochet將水添加到電子顯微鏡中，液體水在電子顯微鏡的真空中逐步蒸發，這使得生物的分子結構被瓦解。在20世紀80年代初，Dubochet成功地將水玻璃化-即迅速冷卻水，使其以液體形式固化在生物樣品周圍，使得生物分子即使在真空中也能保持其自然形態。

在這些發現以后，電子顯微鏡的每個螺母和螺栓均已被優化。2013年達到了理想的原子分辨率，研究人員現在可以定期制造生物分子的三維結構。而在過去幾年中，科學文獻充斥著從抗生素抵抗的蛋白質到Zika病毒表面的各種圖像。生物化學領域正在面臨爆炸性的發展，一切都是一個令人興奮的新未來。

文獻鏈接：Nobel Prize in Chemistry 2017: Cryo-electron microscopy
本文由材料人編輯部李妹編輯，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷。