低温冷冻电镜技术（(cryo-EMs）最近的发展，让研究者们得以观察到由原子和分子组成的微观世界。
得益于在光学、传感器和后期软件上的不断创新，如今的数码照片要比若干年前的显得更加生动。低温冷冻电镜技术（(cryo-EMs）最近的发展，让研究者们得以观察到由原子和分子组成的微观世界。如今研究人员更是自豪地宣布，他们创造出了有史以来分辨率最高的冷冻电镜，通过它所拍摄的图谱能够以接近原子级的分辨率清晰地显示出蛋白分子结构。其分辨率足可以媲美X线晶体照相术（x-ray crystallography），并完整勾勒出蛋白质原子的轮廓图谱。这项新发现将非常有助于制药公司的新药研发。
“这项突破开创了蛋白质成像的一个新时代。”就职于美国卫生研究院的弗朗西斯?科林斯（Francis Collins）惊叹道。他是美国国家癌症研究所（NCI）研究团队的负责人。也许科林斯的观点并不全面。但大部分人仍表示这样的创举绝对算得上一个重要的里程碑。来自休斯敦贝勒医学院的冷冻电镜结构生物学家瓦?邱（Wah Chiu）就这样评价道，“这是技术上的一大进步，表明冷冻电镜技术对科研将是一个巨大的帮助。”
冷冻电镜技术曾被认为是被时代所遗弃的技术，比起如今结构生物学中各种先进工具，冷冻电镜技术就像是一件古老的手工古董。借助X线晶体照相术和核磁共振技术，研究人员能够将蛋白质的位置精度确定到0.2纳米，其精准度已经达到了原子级别。而与此相反，冷冻电镜的技术却一直徘徊在在0.5纳米。
冷冻电镜的工作原理是，将一束电子打在预先经过液态氮瞬间冷凝过的蛋白质薄膜上，之后传感器便可对电子散射离开蛋白质的不同方式进行跟踪。基于这种方式所拍摄的图谱，描述出的往往是粒子随机散落的情况，因此，研究人员还必须借助图像处理软件来完成剩余工作。
距离冷冻电镜技术的诞生已经过去几十年了。但其分辨率仍无法达到X射线和核磁共振的分辨级别。我们一直将其戏称为“浆糊学（blob-ology）”，冷冻电镜结构生物学家斯里拉姆?瑟布拉马尼姆（Sriram Subramaniam）笑称道。但随着电子束振荡器、传感器和后期成像分析软件的稳步改进，冷冻电镜技术也得到了飞速的成长。今年早些时候，两组研究人员已经突破了0.3纳米的分辨率标准，所拍摄的图谱可以让研究人员清晰地观察到两个蛋白质的氨基酸侧链。但尽管如此，研究人员所感兴趣的细节，仍显得一片模糊。
瑟布拉马尼姆和他的同事们试图提高β-半乳糖苷的图像分辨率，在去年研究中，该分辨精度已经可以达到0.33纳米。蛋白质图像的分辨精度对冷冻电镜是非常好的测试案例，研究人员可以将得到的图像与现有的X射线图像进行比较，从而核实其准确性。他进一步补充道，当前的研究重点包括了使蛋白质做到完全复制的纯化方法，以及能够帮助研究人员进行图谱调节的软件优化工作。瑟布拉马尼姆和他的同事利用约40,000独立的图谱拼出目标分子的最终形状。他们将该成果刊登在Science期刊上，通过冷冻电镜技术，β半乳糖苷酶的最终图谱的分辨率被定格在0.22纳米，虽然这还无法精细到原子级别，但足以帮助科研人员观察到对分子起关键作用的蛋白水分子结合处。
该项成果将有助于结构生物学家绘制出新的蛋白质图像。除此之外，药物研究人员也将大大获利，借助不同的蛋白质组合开发出新的药物。但无论是在成像学或是生物学中，有一点是所有的科技研究工作者都已认定的，那就是缓慢的量变终将推动革命性的质变。
资料来源 Science
责任编辑 粒 灰