冷凍電鏡：為醫藥學等領域研究帶來新曙光

　　2017全國冷凍電鏡大會圓滿結束

　　“心臟疾病、代謝疾病、癌癥……在冷凍電鏡的幫助下，這些病癥研究及藥物開發將會有新突破。”這是清華大學王宏偉教授在會上對冷凍電鏡技術的評價。如今，冷凍電子顯微鏡（冷凍電鏡）是生命科學領域最熱門的研究工具，不僅國外冷凍電子顯微學應用方興正艾，國內也發展得如火如荼。

　　11月3日，2017年全國冷凍電鏡大會在上海科技大學圓滿拉下帷幕。本次全國冷凍電鏡大會上，國內冷凍電鏡的先驅、中科院院士隋森芳、清華大學生命學院院長王宏偉教授、北京大學電鏡室主任尹長城教授，此外還特邀了國際上杰出的冷凍電鏡專家美國加州大學洛杉磯分校周正洪教授等出席。參會嘉賓皆來自于國內外著名高校。

　　借著今年的諾貝爾化學獎，冷凍電子顯微鏡首次被推向了公眾的面前。但事實上，自從2013年一夜走紅以來，冷凍電子顯微學早已經成為了結構生物學的主流與方向。通過冷凍電鏡，原先無法被X射線衍射觀察到的分子結構細節也能一覽無遺，而且由于繁瑣艱辛的晶體生長和篩選過程完全免除，大大提高了結構解析的效率。在這幾年里，冷凍電鏡的用戶群體正在以幾何級數的規模增長，世界范圍內應用該項技術的研究成果也如雨后春筍般紛紛涌出。

　　冷凍電鏡在國內的發展并不算滯后。記者從會上獲悉，國內科學家在上世紀90年代中期開始做冷凍電鏡方面的研究，起步比較晚，但取得了一定的成績，與國際先進水平的差距逐漸縮小。2008年國內當時只有一兩個課題組從事冷凍電鏡研究，而到今年粗略估計已有近20個課題組。

　　被稱為“國內冷凍電鏡先驅”的清華大學生命科學學院隋森芳教授從90年代起一直進行著相關研究，他主要利用冷凍電子顯微學，并結合生物化學和分子生物學等技術手段研究生物膜相關的重要蛋白質復合物的結構與功能，近年來取得了顯赫的成果。10月19日，他的研究小組在《自然》期刊上在線發表題為《海洋紅藻藻膽體的結構》的研究論文，首次報道世界上第一個完整藻膽體的近原子分辨率的冷凍電鏡三維結構，為揭示藻膽體的組裝機制和光能傳遞途徑奠定了重要基礎。

　　清華大學生命學院院長、北京結構生物學高精尖創新中心副主任王宏偉教授表示，盡管目前國內在冷凍電鏡的自主研發方面還沒有取得成果，但在技術應用方面居于世界前列。據了解，清華大學早在2008年就購置了亞洲第一臺高端冷凍電子顯微鏡，目前擁有國內數量最多的冷凍電鏡機。從14年開始，清華大學平均每年都會有20~30篇應用冷凍電鏡技術的相關論文發表：施一公院士的剪接體的結構與機理研究發表于《科學》上，獲得了2017年未來科學大獎-生命科學獎；顏寧教授首次報道了人源膽固醇轉運蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷凍電鏡結構，為理解NPC1介導埃博拉病毒入侵的分子機制提供了分子基礎；此外，每年都還有10幾篇基于冷凍電鏡的研究論文發表在各大全球頂級學術刊物上，可謂是碩果累累。

　　目前，上海只有一臺冷凍電鏡機位于國家蛋白質科學中心?上海內，常常出現供不應求的難題。上海也將繼續加強冷凍電鏡技術平臺的建設，多家上海高校正在陸續購買相關設備，計劃一步步建立自己的冷凍電鏡平臺。上海科技大學助理教授、研究員沈慶濤介紹說，目前上海科技大學已經購買了多臺新型冷凍電鏡設備，并預計在半年后投入使用，逐步建立起自己的冷凍電鏡中心，以緩解上海現有冷凍電鏡數量難以滿足大分子結構研究工作的需求、“一機難求”的現狀。另外，上海科技大學還計劃在張江建立多模態跨尺度的生物成像觀測平臺，集成了包含冷凍電鏡、X射線衍射等多種技術手段，做到從超大到超小規模分子都能解析，成功進行跨模態、跨尺度綜合研究，形成國內獨一無二的研究優勢。

　　“冷凍電鏡為現在的生物學發展帶來了巨大的幫助，是非常有前景的技術。”隋森芳教授認為，盡管目前冷凍電鏡技術還存在一些技術上的缺陷，但在許多方面依然具有不可估量的發展潛力。例如在醫療領域，冷凍電鏡技術對活體病毒進行結構分析的技術一旦完成，將有可能轉化為潛在的醫療檢測手段，對癌癥、高血壓等疾病能夠非常清晰明了地展現病變細胞內部結構層面的異常狀況，甚至給出局部的原子結構圖，從而給出精準的治療方案。未來國內應該持續關注這個突破性的技術，牢牢把握住機遇。