冷冻电镜研究中的华人功臣——程亦凡

▲  程亦凡在物理所做学术报告

在冷冻电镜的这场技术革命中，有位华人科学家也功不可没——程亦凡教授，他于 2013 年底首次利用冷冻电镜技术解析近原子分辨率膜蛋白结构，使冷冻电镜技术大放异彩，让该领域整体上有了质的飞跃，在科研领域引起了巨大轰动。

1978 年，程亦凡入读武汉大学物理系，获得学士、硕士学位后，1987 年进入中国科学院物理研究所跟随李方华院士攻读博士学位，从事电子光学，成象理论和高分辨电镜的理论和实验技术的学习、研究和应用。在物理所就读博士期间，李方华院士的“高标准、严要求”令程亦凡印象深刻，她对方法学的研究思路也深深影响着程亦凡，为他此后的研究方向奠定了基础。程亦凡表示，不断创新，找到更好的方法做以前做不了的东西，是他一直以来所秉承的科研思路。探索认识世界的新方法，能够有助于人类打开更广阔的眼界。

博士毕业之后，程亦凡先后在挪威和德国做博士后，从事材料科学方面的电镜研究。1996 年，他转行到生物学领域，在美国和日本继续做博士后，开始对冷冻电镜技术非常感兴趣，利用冷冻电镜研究二维晶体和膜蛋白结构。2006 年，程亦凡成为加州大学旧金山分校助理教授，建立了自己的实验室，2012 年拿到终身教职。

在冷冻电镜前景还不被十分看好的情况下，程亦凡不改初心，坚持探索，并最终于 2013 年取得突破。他的团队应用新的电子探测技术，以近原子分辨率(3.4 埃)确定了在疼痛和热知觉中起中心作用的一种膜蛋白 TRPV1 的结构，证实冷冻电镜技术能够解析重要小分子的结构，文章发表在《自然》杂志上，立即引发震动。

▲ 膜蛋白 TRPV1 典型电镜图以及重建的结构示意图。来源：Liao, Maofu, et al. "Structure of the TRPV1 ion channel determined by electron cryo-microscopy." Nature 504.7478 (2013): 107.

X 射线晶体学、核磁共振和冷冻电镜是结构生物学的三大支撑技术。在已解析的一千多种膜蛋白结构当中，90% 以上都来自X射线晶体学，核磁共振在小分子量的蛋白结构解析中也发挥了重要的作用。传统上，冷冻电镜因其分辨率难以提升，一直是这三大技术中最弱的一个。然而，和X射线晶体学相比，冷冻电镜所需的样品量极少，也无需生成晶体。冷冻电镜技术的重大突破，让研究人员开始重新审视它在结构生物学研究中的重要作用。除了一大批生物学家开始利用冷冻电镜研究分子生物学问题外，数学、计算机领域的科学家也着手研究冷冻电镜的图像处理和自动化问题，化学家们则着重研究新的样品制备技术，物理学家们又开始了新的征程，研究更深层次的电子成像方法和技术。

▲ 程亦凡参加加州国际马拉松

程亦凡自称曾是加利福尼亚大学旧金山分校年龄最大的初级教授。他在博士毕业后用了 15 年时间才任助理教授，一般人很难坚持这么久。但他坦言没有焦虑过。对于科研他乐在其中，一直享受着学习新知识、取得新进展的过程。程亦凡喜欢跑马拉松，他把研究也视作一场征途，坚持不懈而又脚踏实地追寻自己的目标。