冷凍電鏡技術突破原子分辨率障礙

如果想繪制出蛋白質最微小的部分，科學家通常選擇不多：使數百萬個單個蛋白質分子排列成晶體，然后用X射線晶體學分析它們；或者快速冷凍蛋白質的副本，然后用電子轟擊它們，這是一種低分辨率的方法，叫做冷凍電鏡技術。

據《科學》報道，現在，科學家們第一次將冷凍電鏡的分辨率提高到原子水平，以精確定位各種蛋白質中單個原子的位置，其分辨率可與X射線晶體學相媲美。

“看到這種程度的細節太不可思議了，它十分美麗。”美國密歇根大學安娜堡分校冷凍電鏡技術專家Melanie Ohi說。更佳的分辨率準確揭示了復雜的細胞機器是如何工作的，這意味著冷凍電鏡的改進可能會給生物學帶來無數新見解。

為了繪制蛋白質結構圖，科學家從20世紀50年代末就開始使用X射線晶體學。借助X射線轟擊結晶化的蛋白質，并分析X射線的反彈方式，科學家可以計算出蛋白質可能的構成和形狀。幾十年來，X射線束、探測器和計算機能力的改進使這種方法變得快速而準確。

但是，當蛋白質特別大、在核糖體等復雜的環境中工作或者不能結晶時，這種方法就不能很好地發揮作用。

研究人員使用冷凍電鏡對不需要結晶的冷凍蛋白質副本發射電子，探測器記錄電子的偏移，精密的軟件將圖像“縫合”在一起，也可計算出蛋白質的組成和形狀。

此前，日本的研究人員已經表明，他們可以將一種叫作去鐵鐵蛋白的腸道蛋白質的分辨率縮小至1.54埃——這還沒有達到可以區分單個原子的程度。

現在，在電子束技術、探測器和軟件進一步的幫助下，來自英國和德國的兩組研究人員已經將分辨率縮小到1.25埃或更小。10月21日， 他們在《自然》上報告說，這已經足以計算出單個原子的位置。

增強的分辨率或使更多的結構生物學家選擇使用冷凍電鏡技術。目前，這項技術只適用于異常堅硬的蛋白質。下一步，研究人員將努力在剛性較小、較大的蛋白質復合物（如剪接體）中達到類似清晰程度的分辨率。