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专家解读2017年诺贝尔化学奖:让你看清生物大分

发布时间:2017-12-04 阅读:

  专家解读2017年诺贝尔化学奖:让你看到生物大分子的外观 - 新闻 - 科学网

  去年诺贝尔化学奖淘汰诺贝尔化学奖后,今年又回到了难以控制的人格。这一次,该奖项颁发给了瑞士洛桑大学名誉生物物理学教授Jacques Dubochet,哥伦比亚大学生物科学教授Joachim Frank和英国MRC分子生物学实验室主任Richard Henderson在英国洛桑,电子显微镜的过程有助于卓越。

  对于生物物理领域的科学家来说,这项技术有望赢得这个奖项。自2013年在这项技术上取得重大突破以来,我们一直在讨论每一个国际会议,而不是讨论是否能够获得诺贝尔奖,而是讨论谁获奖。中国科学院生物物理研究所研究员,蛋白质科学研究平台生物诊断中心首席科学家费飞在接受“中国科学报”采访时说。

  他们认为,这个奖是应得的。在显微镜下,人类第一次可以看到生物大分子接近自然状态的优良外观。

  不仅看现场,而且看清楚

  长期以来,人们认为电子显微镜只能用来观察死亡物质,因为电子显微镜电子显微镜会杀死活体,电子显微镜真空管会让活体脱水死亡。

  为了防止脱水死亡,你可以保持冷静。 20世纪80年代,杜博切想到了一种快速冷却的方法。他将水引入电子显微镜,成功实现了水对玻璃的快速冷冻。

  一般来说,液态水在电子显微镜的真空管中蒸发,导致生物大分子的分解。快速冷却技术使水迅速冷却,将生物样品包裹在液体中并立即变成固体,使生物分子在真空管中保持其自然形态。

  除了样品制备之外,能够清楚地看到它当然也是至关重要的。为了使图像更清晰,从1975年到1986年从事生物学工作的弗兰克开发了一种图像处理技术,分析模糊的,电子生成的二维图像,并合并它们以产生清晰的三维结构。这一突破,使冷冻电子显微镜的未来应用成为可能。

  1990年,亨德森利用电子显微镜成功制作了蛋白质的3D图像,图像分辨率达到了原子级别。这一突破为低温电子显微镜的发展奠定了基础。

  尽管近年来亨德森的论文发表并不完全明朗,但每次在冷冻电子学领域有重大突破或有争议的研究成果,第一位被邀请出来的亨德森教授,研究科学家张凯剑桥分子生物学实验室评论说。

  到目前为止,中国科学院生物物理研究员费飞回忆起他与亨德森的第一次会面。那是在2006年,当时冷冻电磁技术的技术突破还在进行中,亨德森正在关注冷冻电镜技术的潜力,并明确指出未来突破的方向。

  这一突破终于在2012年和2013年完成。直接电子探测相机的成功开发,使冷冻电镜技术从2006年的纳米分辨率提高到今天的0.2-0.3纳米,这是一个数量级上的质的突破。

  2013年,美国加利福尼亚大学程一帆教授团队和合作者成功地将这种新型相机技术应用于膜蛋白分子结构的分析。这使得冷冻电镜可以达到真正的突破性的分辨率,直到接近原子水平。生物大分子的世界终于清晰了。

  神器在分子生物学

  10月2日下午,张凯今年将获得热烈的诺贝尔奖,他将珍视化学奖。 10月4日晚,张凯化学奖获得者张凯原创微信文章,全部阅读激动人心! 。

  像张凯一样,研究人员对冷冻电子显微镜的全部热情也有不少。原因是这项技术已经成为分子生物学家的重要研究工具。

  中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究员姚聪告诉中国科学新闻网记者,随着直接电子探测和分辨率的发展,低温电子显微技术取得了长足的进步,革命。生物大分子机器的细粒结构分析可以在更自然的原子分辨率状态下进行,甚至可以区分其动态结构变化。她说。

  2008年前后,中国科学院生物物理研究所和清华大学分别购买了最新一代的冷冻电子。

  2011年,生物物理研究所研究员朱平利用这台电子显微镜分析了昆虫多角体病毒的近原子分辨率三维结构,这是我国生物大分子结构的第一个模型,低温显微镜。 2016年,生物物理研究所的研究员张新征利用最新的冷冻电镜技术分析了植物捕光超级复合物的原子分辨率的三维结构,并选择了十大科学技术进步中国。

  清华大学在“细胞”,“自然”和“科学”杂志上多次发表了几篇重要的研究成果,甚至结束了低温电镜+清华大学= CNS的配方。清华大学生命科学学院院长史义功在揭示了剪接体的结构和工作机制后表示,不用冷冻电镜技术就不可能获得剪接体的近原子分辨率。

  正因为如此,低温电磁学被称为分子生物学的人造物,并且越来越容易解释生物大分子复合物的三维结构。在过去的几年中,学术论文中从抗性蛋白质到寨卡病毒的表现都出现了各种物质的高清晰图像。今天,生物化学正在经历着爆炸性的增长,并准备好了这个令人兴奋的未来。

  这项技术已经发生了革命性的变化,即将给结构生物学,生物化学,细胞生物学和基于结构的药物设计带来划时代的变革。丛瑶说。

  下一个技术突破正在酝酿

  神器R,吸引了众多来自各个领域的科学家,使这一领域的技术成为当前的研究热点。

  在2013年的冷冻电子显微镜突破之后,立即引起了众多科学家的关注。很多人开始在这个领域转行。除了大量的生命科学家开始利用这一技术来研究结构分子生物学之外,数学和计算机科学领域的科学家们开始研究图像处理和低温显微镜的问题,材料科学家和物理学家开始研究为了解决成像方法的问题,化学领域的科学家们开始研究新的样品制备方法的问题。费翔说,总之这个地区现在很热。

  低温电子显微镜记得诺贝尔奖。不过,它似乎仍然盯着下一个突破。

  诺贝尔奖的颁布在冷冻电子学领域得到公认。这个奖项也告诉我们,科技的进步离不开技术的突破。费说。

  近年来,国家加大了对技术方法研究的投入。生物物理研究所和清华大学等研究机构一直在进行低温显微镜的研究。科学家们看到,中国冷冻电子显微镜领域的迅速发展已经引起了国际冷冻显微镜领域的广泛关注。从中期待来看,相信未来中国科学家将在这方面取得更多的成果。

  费翔告诉记者,冷冻电子学技术的发展还在酝酿另一个突破,如果能够实现,作为突破口,将极大地丰富人们对生物大分子动态结构的认识,揭示生命奥秘的深度。

  现在冷冻电镜还在研究溶液中生物大分子的结构,现在我们正在探索如何直接观察生物体内原位分子的精细结构,即直接观察生物大分子的结构动力学在生物组织中。费说。

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