諾貝爾化學獎授予三位物理學家,他們為醫學生物學發展提供了有力武器

　　婆婆會繡花，可是看到這張圖也傻眼了：電腦繡的花真複雜啊！

　　利用冷凍電鏡技術描繪的寨卡病毒結構圖（來源：瑞典皇家科學院）

　　近日，2017年諾貝爾化學獎被授予瑞士、美國和英國三位科學家Jacques Dubochet，Joachim Frank和Richard Henderson，以表彰他們對「冷凍電子顯微鏡 （cryo-electronmicroscopy）」技術作出的卓越貢獻。

　　多虧了他們，自1990年至今的不到30年時間內，電子顯微技術從只能看到無生命的模糊圖像，發展為可輕鬆捕獲生物分子的清晰3D結構。

1665年，荷蘭人列文虎克第一次畫下顯微鏡下看到的細胞

1988年日本人利用電子顯微鏡拍攝到噬菌體

2013年3DScience.com發布禽流感病毒的掃描電子顯微成像

　　2013年後，電子顯微鏡的解析度已達到原子級別。諾貝爾獎官方網站公布的圖像展示了電子顯微解析度的今昔對比：

　　在過去數年裡，學術論文裡隨處可見各種物質的高清圖像，從具有抗藥性的蛋白，到寨卡病毒的外觀。如今，生物化學正經歷爆炸性發展，顯微技術的進步在其中無疑起到了重要作用！諾貝爾獎網站稱，「這項技術簡化並改進了生物分子成像的發展，將生物化學帶入一個新時代。」

　　控制心臟節律的蛋白複合物冷凍電鏡結構圖（來源：瑞典皇家科學院）

　　冷凍電鏡技術進步在哪裡？先聲醫學診斷有限公司研發副總裁陳維之博士，一位活躍在中美醫學/分子生物學界的專家在接受MED24採訪時說：

　　「2017年諾貝爾化學獎授予了物理學家，實至名歸，因為他們為醫學生物學發展提供了有力武器！這也愈發凸顯了多學科交叉與技術平臺革新對於生物醫學領域發展的重要性。來個不恰當的比喻，這三位科學家，一個研究怎麼照相，一個研究怎麼把照片合成三維結構，另一個研究怎麼擺姿勢，最終拍出了前所未有的好照片，讓我們看清了生物大分子。

　　曾經，結構生物學是這樣觀察生物大分子結構的——蛋白結晶+X射線衍射進行蛋白質分子或者複合物的結構解析，而得到足量優質的蛋白或複合物晶體則需要科學家大量繁重的工作、高超的操作經驗、外加難得的好運氣。

    委內瑞拉馬腦炎病毒冷凍電鏡結構圖，提示了病毒核衣殼裝配、毒力衰減，宿主識別及中和的機制（來源：Baylor醫學院）

　　冷凍電鏡技術的突破，使結構生物學家僅利用少量樣品，無需結晶，僅用常規流程即可迅速解析複雜大分子的原子解析度水平的三維結構。很多複雜跨膜蛋白與蛋白複合體的原子解析度結構被迅速解析，推動結構生物學進入了井噴式的發展階段。而與重要疾病相關聯的蛋白分子的解析，將極大地疾病機理研究與靶點蛋白的功能機制研究，進而為治癒人類疾病提供有效藥物靶點。」

　　【陳維之，中國協和醫科大學醫學博士，哈佛醫學院博士後、 講師，十餘年生物技術企業研發經驗。曾任國家北方基因組中心技術總監、金唯智中國研發與運營總監，現任先聲醫學診斷有限公司研發副總裁】

　　感謝科學家幾十年的努力，讓我們看清微觀世界大自然的造化神奇。接下來，讓我們欣賞顯微技術幫我們拍下的更多精美而奇妙的圖片，你能認出這是什麼嗎？

　　中秋佳節剛過，但願你沒有把這張照片看是五仁月餅，或藍莓蛋撻：

　　其實這是電子顯微鏡下的人類肝細胞，肝臟中最主要的細胞成員，背負著生產蛋白質、 膽汁，對體內各種物質例如激素、藥物和酒精代謝等重任。（圖片來源：匹茲堡大學）

　　這條破損的蛇皮袋其實是——

　　從破裂的毛細血管中擠出紅細胞的彩色掃描電子顯微鏡圖像。 毛細血管是體內最小的血管，通常只單個紅細胞通過。 （圖片來源：STEVE GSCHMEISSNER /科學照片庫）

　　這碗清拌沙拉是否讓你有食慾？

　　人血液的顯微圖像，紅色圓盤為紅細胞，而T細胞（橙色）是免疫系統的重要組成部分。 血小板（綠色）是最小的血細胞，在受傷後聚集成塊進行止血。 （圖片來源：Dennis Kunkel Microscop，Inc.）

　　說起T細胞，就是這朵岌岌可危的絨球：

　　黃色的碎屑是HIV（愛滋病）病毒正在侵襲深藍色的人類T免疫細胞（圖片來源：NIH）

　　T細胞是免疫系統最重要部隊之一，沒生病時，它很強壯，它的手臂尤其擅長這種暴力型握手：

　　炭疽細菌（綠色）被免疫細胞（紫色）吞噬。 炭疽菌生活在土壤中，孢子可休眠數十年，被動物吃或吸入後激活並迅速複製引發疾病。現在，使用疫苗可以讓人類和家畜遠離這種疾病。（圖片來源：美國陸軍醫學研究傳染病研究所）

　　面對這種綠色骷髏，而我們急需調動T細胞等免疫力量：

　　小鼠體內的兩個皮膚癌細胞通過肌動蛋白（綠色）連接，細胞骨架中是蛋白質。 肌動蛋白幫助許多細胞進行正常運動，也可以使癌細胞擴散到身體其他部位。 （圖片來源：俄勒岡州健康與科學大學騎士癌症研究所）

　　除癌症外，人類還面臨著很多健康威脅，例如這一大束「藍色妖姬」：

　　輪狀病毒50,000倍放大的3D結構。 輪狀病毒可導致嬰幼兒嚴重腹瀉，每年造成全球死亡人數超過45萬。 （圖片來源：斯克裡普斯研究所）

　　這叢向日葵雖然沒有那麼恐怖，卻也十分惱人——

　　花粉粒是植物的雄性生殖細胞，邊緣帶刺。它們被吸入人鼻腔時，會引起瘙癢、過敏。 （費城Fox Chase 癌症中心）

　　看完花我們來看看草：

　　正在分裂的細胞（豬）。 染色體（紫色）已完成複製並被被細胞骨架纖維——微管（綠色）拉向兩端。 對細胞分裂的研究促進了科學對許多人類疾病（包括癌症和出生缺陷）理解。 （圖片來源：NIH，美國國家心肺血液研究所）

　　看完花草還有樹木，這片月色下的魔幻森林極具美感：

　　顯微鏡下壁虎足底纖毛，每跟毛粗細約為人類頭髮的1/10，又分裂成更小的毛，頂端呈鏟形結構，讓壁虎可以在牆壁和天花板上輕鬆漫步。這種精妙結構帶來靈感，讓人們設計出一種輕柔的醫用粘合劑，專用於脆弱敏感皮膚（圖片來源：Dennis Kunkel Microscopy，Inc.）（來源:微信公眾號 MED24）

（責任編輯：梓莘）