他們將生命分子「凍起來」 「抓拍」高清照片

新華社電 瑞典皇家科學院4日宣布，將2017年諾貝爾化學獎授予瑞士科學家雅克·杜博歇、美國科學家約阿希姆·弗蘭克以及英國科學家理查德·亨德森，以表彰他們在冷凍顯微術領域的貢獻。

冷凍顯微術又稱為冷凍電鏡技術。3位科學家使這一技術能夠以高解析度測定溶液中的生物分子結構，這一突破對生物化學產生了革命性影響。

3位獲獎者對這項技術有哪些貢獻

長期以來，電子顯微鏡被認為只適用於死亡物質的成像，因為高強度的電子束會破壞生物材料。但是在1990年，理查德·亨德森成功地使用電子顯微鏡得到了原子級解析度的三維蛋白質圖像。這一突破證明了這項技術的潛力。

約阿希姆·弗蘭克讓這項技術變得有普遍應用價值。在1975年到1986年之間，他研發出了一種圖像處理方法，能通過分析和合併電子顯微鏡的模糊二維圖像，揭示一個清晰的三維結構。

雅克·杜博歇將水添加到了電子顯微鏡中。液態水在電子顯微鏡的真空環境下蒸發，從而瓦解了生物分子。在上世紀80年代初，雅克·杜博歇成功地把水進行了玻璃化（vitrifying water）——他把水冷卻得如此迅速，以至於水可以在生物樣本周圍凝固。這樣一來，即使在真空環境中，生物分子也能保持其自然形態。

在這些發現之後，電子顯微鏡的每個微小部件都被優化過了。2013年，電子顯微鏡終於達到了夢寐以求的原子級解析度。

現在，獲得生物分子的三維結構已經是研究者們的日常。過去的幾年科學文獻充滿了各種各樣東西的圖像，從造成抗生素耐藥性的蛋白質到寨卡病毒的表面，不一而足。

這項技術使生物化學進入新時代

圖像是理解機制的關鍵，科學的突破往往建立在採用肉眼對目標成功獲取其視覺構像。長期以來，人們認為電子顯微鏡不適合觀察生物分子，因為強大的電子束會破壞生物材料。然而，冷凍電鏡的產生，讓研究者能將生物分子「凍起來」，前所未有地觀察分析運動過程，在高清世界裡看見生命的細節，這些表徵對於生命化學的理解和藥物學的發展都有決定性影響。這一方法使得生物化學進入一個新的時代。

整理/王震 製圖/職文勝

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武大培養了

冷凍電子顯微術世界級人才

本報訊（記者李佳）4日，長江日報記者聯繫上武大電子顯微鏡中心主任、湖北電子顯微鏡學會理事長王建波教授。

電鏡領域至少三次摘得諾獎

王建波教授介紹，這次或許是電子顯微鏡領域第三次摘得諾獎。恩斯特·魯斯卡因設計了第一架電子顯微鏡，摘得1986年諾貝爾物理學獎，而在那之前，艾朗·克盧格因病毒的電鏡研究獲1982年諾貝爾化學獎。

王建波介紹，冷凍電子顯微鏡主要用於觀察病毒、蛋白質等單顆粒樣品，要求冷凍技術比較到位，「快速冷凍、保留樣本活性環境下的狀態」；同時要求能快速鎖定，「之前的電子記錄器在轉換過程中易損失解析度，樣本在觀察過程中漂移，電子顯微下『拍』出的樣本，就彷彿相機拍『虛』了一樣，這就要求現代顯微技術能實現微秒級的跟蹤樣本，並校正漂移」；如果能實現三維重構，科學家們在顯微鏡下的觀察就更能保真。

而冷凍電子顯微鏡實現了冷凍、漂移校正演算法和三維重構技術的完美結合，通過十多年努力，科學家在顯微鏡下的觀察，已可達原子量級解析度。

不少活躍學者都有武大求學經歷

王建波介紹，依託武漢大學、華中科技大學、原同濟醫科大學等高校，1981年湖北省電子顯微學會成立。2003年，武大電子顯微鏡中心即成立，這個開放型的科學研究機構，多學科交叉融合，依託物理科學與技術學院、化學與分子學院、生命科學學院，發展電子顯微學及其在納米科技、材料科學、物理學等領域的應用。

美國加州大學舊金山分校教授、霍華德·休斯醫學研究所研究員程亦凡，2013年第一個用單顆粒冷凍電鏡方法，將膜蛋白結構解析到了近原子解析度（3.4埃）的水平。這位世界聞名的冷凍電鏡專家，起步就在武大。1978年他考入武大物理系本科生，1987年在母校讀碩士研究生時，看到當時第一篇關於准晶體發現的文章，加入武大王仁卉老師課題組學習電子光學理論和電鏡實驗技術（後來王仁卉擔任武漢大學電鏡中心主任）。

王建波介紹，最早應用電子顯微鏡的研究者之一柯俊，就畢業於武大。

目前全球該領域活躍的不少學者，都有武大求學經歷，如耶魯大學的劉俊教授，他用冷凍電鏡做細菌運動、噬菌體結構等研究，本科和碩士都畢業於武大，師從武大鄒化民教授。今年5月，清華施一公團隊首次觀察到高解析度人源剪接體結構，而清華的冷凍電鏡平台主管雷建林研究員就是重要參與者之一，他的本科和博士都在武大物理學院完成，師從武大王仁卉教授。其中，雷建林曾先後在美國紐約州衛生部沃茲沃斯中心及美國哥倫比亞大學跟隨冷凍電鏡的先驅、單顆粒演算法的首創和實現者約阿基姆·弗蘭克教授進行冷凍電鏡的技術研發工作，而這位弗蘭克教授正是此次諾獎化學獎獲獎者之一。

王建波介紹，去年，國家級項目「高解析度冷凍電鏡新技術新方法的發展及在結構生物學中的應用」在清華啟動，今年5月，浙江大學冷凍電鏡中心正式成立，而在武漢大學，早在諾獎頒獎之前就在籌劃推動這一領域重大發展。

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