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独家连线国内专家|冷冻电镜技术或催生更多诺奖级成果,中国也大有希望


来源:科技日报

北京时间10月4日17时45分,2017年诺贝尔化学奖公布。

瑞士洛桑大学雅克·杜波切特(Jacques Dubochet)、美国哥伦比亚大学乔基姆·弗兰克(Joachim Frank)和英国剑桥大学理查德·亨德森(Richard Henderson)凭借“研发出能确定溶液中生物分子高分辨率结构的冷冻电子显微镜”获此殊荣。

听得消息后,清华大学生命科学学院院长王宏伟和中国科学院生物物理研究所孙飞研究员都表示——“不意外”。

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获诺奖并不等于很完美

“前两年就觉得这项技术可以获诺贝尔奖。”孙飞长期从事生物电镜方法学研究,他也是中国生物物理学学会冷冻电镜分会副理事长。

孙飞与三位诺奖获得者虽没有直接合作,但都有过接触。

他在接受科技日报记者采访时介绍,雅克·杜波切特、乔基姆·弗兰克和理查德·亨德森开创的冷冻电子显微成像技术,能让科学家看到生物大分子复合体的高分辨率三维结构,极大地推进了分子生物学研究和对生物奥秘的理解。

值得注意的是,三位科学家的主要工作都是在上世纪七十年代到八十年代做出来的。时间证明了他们的远见。

图为质多角体病毒CPV的冷冻电镜图像(左上)和质型多角体病毒衣壳三维重构(中)。重构结果中彩色部分为组成该病毒的最基本的非对称结构单元。右图展示该非对称单元的放大图(右上)以及构建的原子模型(右下)。左下图展示的是部分氨基酸的三维重构电子密度图以及构建的原子模型,可以很清楚地看见氨基酸侧链。

孙飞告诉科技日报记者,结构生物学领域科学家在大量使用冷冻电子显微成像这项技术。目前该领域最前沿研究方向是进一步改进技术方法,特别是冷冻样品制备方面,进一步提高冷冻电子显微镜的分辨率和技术流程通量。这些方面取得突破后,将使该技术广泛应用于医药开发领域。

“获得诺奖并不表示这项技术已经非常完善。”王宏伟也表示,未来冷冻电子显微成像技术还需要很长的路要走。

王宏伟认为,它需要生物学家、物理学家、计算机学家在方法学上进一步创新,尤其在解析细胞内精细结构和生物大分子的结构变化方面进一步提升。

“虽然是物理学的技术,但给生物物理学打开了新的天地,影响不可估量。”孙飞评价。

耐人寻味的是,这并不是显微成像技术第一次获此殊荣。超分辨率荧光显微技术就曾摘得2014年诺贝尔化学奖。

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国内应用并不落后

令人欣慰的是,我国在冷冻电子显微镜领域并不落后。

王宏伟介绍,国内最早做冷冻电镜是从上世纪九十年代中期开始。当时清华大学隋森芳院士、中山大学张景强教授、中科院生物物理所徐伟研究员等都在做这方面研究。

到二十一世纪初,冷冻电子显微镜技术逐渐成熟,中国一些科研单位开始布局。

王宏伟告诉记者,2008年清华大学施一公教授购置了亚洲第一台高端冷冻电子显微镜,北京大学医学院、中科院生物物理所也开始采购该设备。此外,国内还从国际上招聘年轻科学家开始这方面研究。

图为施一公教授。

“从2007到2009年,国内开始在此领域有较大投入并加强人才队伍建设。国内大部分从事该领域研究的年轻人与此次三位获奖者有一定的师承关系。” 王宏伟认为,中国那时候开始布局冷冻电子显微镜技术正当其时,因为2013年软硬件的成熟使该技术开始显现出优势。

孙飞告诉科技日报记者,施一公教授关于剪切复合体的大量研究都是利用这一技术,中国科学院生物物理所关于植物捕光复合体的高分辨率结构也是利用该技术来完成。

“所以这项技术会促成一大批突出研究成果出现。”孙飞说。

目前,中国在解析大生物分子结构领域的研究非常出色,冷冻电子显微镜技术应用方面在国际上也很有影响力。

但在王宏伟看来,国内在该技术方法学开发方面还需加大力气,今年的诺贝尔化学奖获得者就是在方法学开发上作出了原创性成果。

众所周知,X射线晶体学技术带来的重要发现曾多次获诺奖,冷冻电子显微镜技术是否有同样可能?

“这次诺奖是奖励冷冻电子显微镜方法学上的创新,将来利用这个技术解析出重要分子结构,破解重要生物学问题,完全有可能再得诺奖,中国在这方面也大有希望。”王宏伟说。

注:文中图片除注明外均来自网络

编辑:左常睿

审核:管晶晶

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