儀器儀表商情網(wǎng)報道 X射線晶體衍射技術（X-RAY CRYSTALLOGRAPHY）即將成為歷史，低溫電子顯微技術（CRYO-ELECTRON MICROSCOPY）引起了揭示細胞內(nèi)隱秘機制的革命。
在劍橋大學一幢建筑的地下室里，一場技術革命正在醞釀。
一個笨重的、大約3米高的金屬盒子通過連接細胞的橙色纜線，安安靜靜地傳輸著以萬億字節(jié)計算的數(shù)據(jù)。這是世界上最先進的低溫電子顯微鏡之一：低溫電子顯微鏡通過電子束對冷凍的生物分子進行成像，從而得到分子的三維結(jié)構(gòu)。站在這個耗資770萬美金的儀器旁，英國醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室（UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology， LMB）的結(jié)構(gòu)生物學家 Sjors Scheres表示，低溫電子顯微鏡非常敏感，一聲喊叫就會帶來極大誤差，導致實驗失敗?！坝枰嗟蜏仉娮语@微鏡，因為未來它會成為結(jié)構(gòu)生物學的主流?！?/span>
低溫電子顯微鏡震驚了結(jié)構(gòu)生物學。過去30年里，低溫電子顯微鏡揭示了核糖體、膜蛋白和其它關鍵細胞蛋白的精細結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)都發(fā)表在頂級雜志上。結(jié)構(gòu)生物學家們表示，毫不夸張地說，低溫電子顯微技術正處于革命之中：低溫電子顯微鏡能夠快速生成高分辨率的分子模型，這一點遠超X射線晶體衍射等方法。依靠舊方法獲得諾獎的實驗室也在努力學習這一技術。這種新模型能夠準確地揭示細胞運行的必要機制，以及如何靶向針對疾病相關的蛋白。
“低溫電子顯微鏡能夠解決很多以前無法解決的謎題。”舊金山加利福利亞大學（University of California）的結(jié)構(gòu)生物學家David Agard這樣說道。
幾年前Scheres被招進LMB，任務是幫助改進低溫電子顯微鏡，最終他成功了。上個月，他們發(fā)表了這個領域最令人振奮的成就：阿茲海默癥相關的酶的高清圖片，圖片包括該酶的1200左右個氨基酸，分辨率達到零點幾納米。
生物學家們?nèi)缃袢栽谂Πl(fā)展該技術，以期用它解決小分子或可變形分子的精微結(jié)構(gòu)——這對低溫電子顯微鏡來說，也是一大挑戰(zhàn)。來自加利福利亞大學（University of California）的結(jié)構(gòu)生物學家Eva Nogales表示，叫它革命也好，飛躍也好，低溫電子顯微鏡的確打開了一扇大門。
蛋白結(jié)晶
結(jié)構(gòu)生物學領域有一條不成文的觀點：結(jié)構(gòu)決定功能。只有知道生物分子的原子排布，研究者們才能了解這個蛋白的功能。例如，核糖體是如何根據(jù)mRNA的序列來制造蛋白，分子孔道是如何開和關的。幾十年來，分析蛋白結(jié)構(gòu)有一個無冕之王——X射線晶體衍射。在X射線晶體衍射中，科學家們讓蛋白結(jié)晶，接著利用X射線照射，隨后根據(jù)X射線的衍射來重建蛋白的結(jié)構(gòu)。在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)銀行（Protein Data Bank）的100，000多條蛋白詞目里，超過90%的蛋白結(jié)構(gòu)是利用X射線晶體衍射技術解析得到的。很多諾貝爾獎也與這一技術相關，例如1962年揭示DNA雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)的諾獎。
盡管X射線晶體衍射一直是結(jié)構(gòu)生物學家的最佳工具，但是它有較大的限制。科學家們可能需要幾年才能找到把蛋白形成大塊結(jié)晶的方法。而很多基礎蛋白分子，例如嵌在細胞膜上的蛋白，或是形成復合體的蛋白卻無法被結(jié)晶。
當Richard Henderson 1973年到LMB，研究菌視紫紅質(zhì)（一種利用光把質(zhì)子運進膜內(nèi)的蛋白）結(jié)構(gòu)時，X射線晶體衍射是首選工具。Henderson和他的同事Nigel Unwin成功地做出了該蛋白的二維結(jié)晶，但卻不適用于X射線衍射。因此他們決定使用電子顯微鏡。
