冷冻电镜技术“接管”结构生物学

英国剑桥分子生物学尝试室的冷冻电子显微镜图片前导发端：剑桥MRC分子生物学尝试室

　　一项反动性的蛋白质三维形状测定技术正在兴旺展开。上周，一个汇集由冷冻电子显微镜（cryo-EM）测定的蛋白质和其他分子构造的数据库，得到了第10000个数据条目。

　　据《自然》报道，比年来，各尝试室向电子显微镜数据库（EMDB，由欧洲生物信息钻研所建立，旨在满意学术界关于冷冻电镜数据的需求）提交的数据呈指数级增长，这主要因为全球尝试室cryo-EM数目的发作式增长。固然数据库也领受其他电子显微镜构造分析的数据，但其中绝大部门数据来自cryo-EM。

　　cryo-EM经过历程将蛋白质或其他生物分子缓慢冷冻，并用电子对其轰击，从而生成单个分子的显微图象。它们被用来重修分子的三维形状或构造。这有助于提示蛋白质如何事情、它们在疾病中如何阐扬感化，和如何用药物靶向它们。

　　此前几十年，X射线晶体衍射不竭是备受构造生物学家喜好的钻研办法，该办法首先使蛋白质结晶，然后用X射线对其连续打击，并按照衍射光的旌旗灯号情势重修它们的形状。

　　X射线晶体衍射法固然能够生成高质量的分子构造，但实在不是统统蛋白质都可随便利用，因为有些蛋白质能够需求数月或数年才气结晶，而有些以至根柢没法结晶。

　　这便表现出cryo-EM的良好性，该办法无需蛋白质结晶，但这项技术也存在范围，好比它常常生成低辩白率构造。

　　2012到2013年，因为在硬件和软件方面的突破，催生了更活络的电子显微镜和可将拍摄到的图象转换身辩白率更高的分子构造的庞大软件。

　　该项技术专家、英国剑桥MRC分子生物学尝试室（LMB）构造生物学家Sjors Scheres说，这为cryo-EM的迅猛展开摊平了门路。

　　LMB构造生物学家Richard Henderson因对cryo-EM技术展开的贡献得到了2017年诺贝尔化学奖。他说，即便在这项技术得到前进后，最后的增长也很缓慢，因为只需少数尝试室设置了该装备。但当他们开端利用冷冻技术绘制分子的具体构造图象时，好比被称作蛋白质制作机器的核糖体，这项技术很快就惹起了其他科学家及其地点机构和资助者的留神。

　　Henderson说：“统统投资于其他钻研和做堕落误决定的人，花了一年的工夫才遇上来。”

　　他估计，到2024年，操纵冷冻电镜技术测定蛋白质构造的数目将逾越X射线晶体衍射法。cryo-EM曾经替换了X射线晶体衍射，成为科学家特别感爱好的钻研嵌入细胞膜的蛋白质的工具。许多膜蛋白与疾病有关，可为药物供给靶点。

　　别的，Henderson还觉得cryo-EM的展开将在某个时期开端放缓。他说，影响其快速增长的一个身分是本钱高，一台云云壮大的显微镜其本钱能够逾越500万英镑（700万美圆）。而它们每天的运转本钱也高达数千英镑，而且需求特地的尝试室来安设，以低落震惊。

　　Henderson正在勤劳压服相干公司开辟性能好且价钱更自制的cryo-EM，以进一步推行这项技术。（徐锐）