專家:冷凍電鏡或催生更多諾獎級成果 中國大有希望

北京時間10月4日17時45分，2017年諾貝爾化學獎公佈。

瑞士洛桑大學雅克⋅杜波切特(Jacques Dubochet)、美國哥倫比亞大學喬基姆⋅弗蘭克(Joachim Frank)和英國劍橋大學理查德⋅亨德森(Richard Henderson)憑藉“研發出能確定溶液中生物分子高分辨率結構的冷凍電子顯微鏡”獲此殊榮。

聽得消息後，清華大學生命科學學院院長王宏偉和中國科學院生物物理研究所孫飛研究員都表示——“不意外”。

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獲諾獎並不等於很完美

“前兩年就覺得這項技術可以獲諾貝爾獎。”孫飛長期從事生物電鏡方法學研究，他也是中國生物物理學學會冷凍電鏡分會副理事長。

孫飛與三位諾獎獲得者雖沒有直接合作，但都有過接觸。

他在接受科技日報記者採訪時介紹，雅克⋅杜波切特、喬基姆⋅弗蘭克和理查德⋅亨德森開創的冷凍電子顯微成像技術，能讓科學家看到生物大分子複合體的高分辨率三維結構，極大地推進了分子生物學研究和對生物奧秘的理解。

值得注意的是，三位科學家的主要工作都是在上世紀七十年代到八十年代做出來的。時間證明了他們的遠見。

圖為質多角體病毒CPV的冷凍電鏡圖像（左上）和質型多角體病毒衣殼三維重構（中）。重構結果中彩色部分為組成該病毒的最基本的非對稱結構單元。右圖展示該非對稱單元的放大圖（右上）以及構建的原子模型（右下）。左下圖展示的是部分氨基酸的三維重構電子密度圖以及構建的原子模型，可以很清楚地看見氨基酸側鏈。

孫飛告訴科技日報記者，結構生物學領域科學家在大量使用冷凍電子顯微成像這項技術。目前該領域最前沿研究方向是進一步改進技術方法，特別是冷凍樣品製備方面，進一步提高冷凍電子顯微鏡的分辨率和技術流程通量。這些方面取得突破後，將使該技術廣泛應用於醫藥開發領域。

“獲得諾獎並不表示這項技術已經非常完善。”王宏偉也表示，未來冷凍電子顯微成像技術還需要很長的路要走。

王宏偉認為，它需要生物學家、物理學家、計算機學家在方法學上進一步創新，尤其在解析細胞內精細結構和生物大分子的結構變化方面進一步提升。

“雖然是物理學的技術，但給生物物理學打開了新的天地，影響不可估量。”孫飛評價。

耐人尋味的是，這並不是顯微成像技術第一次獲此殊榮。超分辨率熒光顯微技術就曾摘得2014年諾貝爾化學獎。

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國內應用並不落後

令人欣慰的是，我國在冷凍電子顯微鏡領域並不落後。

王宏偉介紹，國內最早做冷凍電鏡是從上世紀九十年代中期開始。當時清華大學隋森芳院士、中山大學張景強教授、中科院生物物理所徐偉研究員等都在做這方面研究。

到二十一世紀初，冷凍電子顯微鏡技術逐漸成熟，中國一些科研單位開始佈局。

王宏偉告訴記者，2008年清華大學施一公教授購置了亞洲第一台高端冷凍電子顯微鏡，北京大學醫學院、中科院生物物理所也開始採購該設備。此外，國內還從國際上招聘年輕科學家開始這方面研究。

“從2007到2009年，國內開始在此領域有較大投入並加強人才隊伍建設。國內大部分從事該領域研究的年輕人與此次三位獲獎者有一定的師承關係。” 王宏偉認為，中國那時候開始佈局冷凍電子顯微鏡技術正當其時，因為2013年軟硬件的成熟使該技術開始顯現出優勢。

孫飛告訴科技日報記者，施一公教授關於剪切複合體的大量研究都是利用這一技術，中國科學院生物物理所關於植物捕光復合體的高分辨率結構也是利用該技術來完成。

“所以這項技術會促成一大批突出研究成果出現。”孫飛説。

目前，中國在解析大生物分子結構領域的研究非常出色，冷凍電子顯微鏡技術應用方面在國際上也很有影響力。

但在王宏偉看來，國內在該技術方法學開發方面還需加大力氣，今年的諾貝爾化學獎獲得者就是在方法學開發上作出了原創性成果。

眾所周知，X射線晶體學技術帶來的重要發現曾多次獲諾獎，冷凍電子顯微鏡技術是否有同樣可能？

“這次諾獎是獎勵冷凍電子顯微鏡方法學上的創新，將來利用這個技術解析出重要分子結構，破解重要生物學問題，完全有可能再得諾獎，中國在這方面也大有希望。”王宏偉説。