冷冻电镜：为医药学等领域研究带来新曙光

　　2017全国冷冻电镜大会圆满结束

　　“心脏疾病、代谢疾病、癌症……在冷冻电镜的帮助下，这些病症研究及药物开发将会有新突破。”这是清华大学王宏伟教授在会上对冷冻电镜技术的评价。如今，冷冻电子显微镜（冷冻电镜）是生命科学领域最热门的研究工具，不仅国外冷冻电子显微学应用方兴正艾，国内也发展得如火如荼。

　　11月3日，2017年全国冷冻电镜大会在上海科技大学圆满拉下帷幕。本次全国冷冻电镜大会上，国内冷冻电镜的先驱、中科院院士隋森芳、清华大学生命学院院长王宏伟教授、北京大学电镜室主任尹长城教授，此外还特邀了国际上杰出的冷冻电镜专家美国加州大学洛杉矶分校周正洪教授等出席。参会嘉宾皆来自于国内外著名高校。

　　借着今年的诺贝尔化学奖，冷冻电子显微镜首次被推向了公众的面前。但事实上，自从2013年一夜走红以来，冷冻电子显微学早已经成为了结构生物学的主流与方向。通过冷冻电镜，原先无法被X射线衍射观察到的分子结构细节也能一览无遗，而且由于繁琐艰辛的晶体生长和筛选过程完全免除，大大提高了结构解析的效率。在这几年里，冷冻电镜的用户群体正在以几何级数的规模增长，世界范围内应用该项技术的研究成果也如雨后春笋般纷纷涌出。

　　冷冻电镜在国内的发展并不算滞后。记者从会上获悉，国内科学家在上世纪90年代中期开始做冷冻电镜方面的研究，起步比较晚，但取得了一定的成绩，与国际先进水平的差距逐渐缩小。2008年国内当时只有一两个课题组从事冷冻电镜研究，而到今年粗略估计已有近20个课题组。

　　被称为“国内冷冻电镜先驱”的清华大学生命科学学院隋森芳教授从90年代起一直进行着相关研究，他主要利用冷冻电子显微学，并结合生物化学和分子生物学等技术手段研究生物膜相关的重要蛋白质复合物的结构与功能，近年来取得了显赫的成果。10月19日，他的研究小组在《自然》期刊上在线发表题为《海洋红藻藻胆体的结构》的研究论文，首次报道世界上第一个完整藻胆体的近原子分辨率的冷冻电镜三维结构，为揭示藻胆体的组装机制和光能传递途径奠定了重要基础。

　　清华大学生命学院院长、北京结构生物学高精尖创新中心副主任王宏伟教授表示，尽管目前国内在冷冻电镜的自主研发方面还没有取得成果，但在技术应用方面居于世界前列。据了解，清华大学早在2008年就购置了亚洲第一台高端冷冻电子显微镜，目前拥有国内数量最多的冷冻电镜机。从14年开始，清华大学平均每年都会有20~30篇应用冷冻电镜技术的相关论文发表：施一公院士的剪接体的结构与机理研究发表于《科学》上，获得了2017年未来科学大奖-生命科学奖；颜宁教授首次报道了人源胆固醇转运蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷冻电镜结构，为理解NPC1介导埃博拉病毒入侵的分子机制提供了分子基础；此外，每年都还有10几篇基于冷冻电镜的研究论文发表在各大全球顶级学术刊物上，可谓是硕果累累。

　　目前，上海只有一台冷冻电镜机位于国家蛋白质科学中心•上海内，常常出现供不应求的难题。上海也将继续加强冷冻电镜技术平台的建设，多家上海高校正在陆续购买相关设备，计划一步步建立自己的冷冻电镜平台。上海科技大学助理教授、研究员沈庆涛介绍说，目前上海科技大学已经购买了多台新型冷冻电镜设备，并预计在半年后投入使用，逐步建立起自己的冷冻电镜中心，以缓解上海现有冷冻电镜数量难以满足大分子结构研究工作的需求、“一机难求”的现状。另外，上海科技大学还计划在张江建立多模态跨尺度的生物成像观测平台，集成了包含冷冻电镜、X射线衍射等多种技术手段，做到从超大到超小规模分子都能解析，成功进行跨模态、跨尺度综合研究，形成国内独一无二的研究优势。

　　“冷冻电镜为现在的生物学发展带来了巨大的帮助，是非常有前景的技术。”隋森芳教授认为，尽管目前冷冻电镜技术还存在一些技术上的缺陷，但在许多方面依然具有不可估量的发展潜力。例如在医疗领域，冷冻电镜技术对活体病毒进行结构分析的技术一旦完成，将有可能转化为潜在的医疗检测手段，对癌症、高血压等疾病能够非常清晰明了地展现病变细胞内部结构层面的异常状况，甚至给出局部的原子结构图，从而给出精准的治疗方案。未来国内应该持续关注这个突破性的技术，牢牢把握住机遇。