出品：科普中國 果殼網
編輯：Ent 婉珺 小米 曉嵐
2017年諾貝爾化學獎獎頒給了雅克·杜波謝（Jacques Dubochet）, 約阿希姆·弗蘭克 （Joachim Frank） 和 理察·亨德森（Richard Henderson），以表彰他們對於冷凍電子顯微鏡技術的研究發展所作出的貢獻，三位科學家同時還簡化和改進了生物分子的成像。這項技術使得生物化學邁向了新的時代。我們很有可能在近期內獲得原子級別解析度下的生命複雜機械的詳細圖像。
因為冷凍電子顯微鏡技術的出現，我們能看到的微觀世界從圖片左側的樣子，變成了右側這樣。圖片來源：The Royal Swedish Academy of Sciences | 製圖：Martin Högborn
來看看科學家們的精彩點評吧：
高寧（北京大學生命科學學院教授，北京大學-清華大學聯合生命中心研究員）：
聽到導師約阿基姆·弗蘭克（Joachim Frank）得獎的消息後，我的心情有些激動。前天作為果殼網諾貝爾獎線上直播生理學或醫學專場的嘉賓，我感覺自己走錯了片場（笑）。
近幾年，冷凍電鏡在生物物理，特別是結構生物學領域掀起了一輪新的革命。尤其在近三四年來，依靠冷凍電鏡技術，很多具有非常重要生物學功能的生物大分子複合物的三維結構得到解析。所以說冷凍電鏡技術徹底改變了結構生物學的研究方式。
冷凍電鏡的重要性，在我看來就是它徹底地「消滅」了結構生物學。這句話是什麼意思呢？就是說冷凍電鏡技術在這兩年的突破，使得解析生物大分子複合物的三維結構變得越來越容易、越來越常規。所以這個發展趨勢，就是以電鏡為主的技術越來越平臺化，入門的門檻越來越低，會更多地普及生物研究的方方面面。
楊茂君（清華大學生命科學學院教授，清華大學-北京大學生命聯合中心研究員，國家傑出青年，長江學者特聘教授）：
冷凍電鏡近年來取得了一系列重大突破，這一系列突破讓以前很多不能做的研究變成了可能。而這一切最新的突破所用的方法，主要就是這三位科學家建立的，所以他們得獎是實至名歸的事。
目前冷凍電鏡技術逐漸成熟，未來的發展將包括數據計算的算法等一系列更加友好界面軟體的開發等等（以前主要是硬體的發展）。通過冷凍電鏡，可以對以前不了解的重要的蛋白質複合物進行研究，可以看到某些蛋白質具有怎樣的生物學功能。這方面的研究將來還是很發展前景的。
中國的清華大學冷凍電鏡中心近年來發表了很多具有重要的影響的工作，比如施一公教授的剪切體，我所做的呼吸鏈複合物等。這些工作在以前都是很難做成的，正是冷凍電鏡發展起來之後，才使得我們能在短期內就取得了這一系列的重大突破。
目前來說，中國冷凍電鏡的應用的發展遠遠超過世界上其他國家，未來的發展重點將是一系列具有重要生物學功能的蛋白質複合物，以及這些蛋白質複合物的生命科學中的應用等。想信在未來還會持續成為生命科學研究領域的熱門手段。冷凍電鏡的重要發展就是使得解析像呼吸鏈複合物這樣重要蛋白的結構成為了可能。按照X射線晶體學發展的軌跡，首先諾獎先建立方法學的人，然後就很可能是一系列重要生物學功能的蛋白複合物的了。他們在介紹他們三位為啥會獲得諾獎的時候能把我們的研究結果放在第一個圖，這對我們來說是一個激勵和鼓勵。
尹航（清華大學化學系教授，「千人計劃」國家特聘專家）：
冷凍單分子電鏡技術獲得諾貝爾獎實至名歸。這是結構生物學上面的一個革命性的突破，尤其是對生物大分子複合物的結構分析超越了以前基於X光衍射和核磁共振的傳統方法。
而今天獲獎的三位科學家在冷凍單分子電鏡技術的發展中起到了關鍵性的作用。就像我們經常說的，這是天賦和天才的區別，有天賦的人，能夠擊中別人都擊不中的目標，而天才呢，則能夠擊中別人甚至都看不到的目標。在二三十年以前，大家都認為晶體衍射可能會是解決生物大分子最主要、最有效的技術，而只有他們看到了電鏡技術的潛力，發展了革命性的技術突破，獲得了眾多夢寐以求的分子結構。
在短短的幾年時間裡面，冷凍單分子電鏡技術已經成為了結構生物學裡發展最快的一個領域。在全世界各個主要的研究機構裡面，冷凍單分子電鏡技術都是著重發展的領域。而我們中國，尤其是我們清華大學，在這個領域走在世界的前面。我們中國的學者包括施一公教授、顏寧教授、楊茂君教授、王宏偉教授以及華裔的程亦凡教授等等，在這個領域都做出了突出的貢獻。
而在我們國內所做出原創性工作，對於理解mRNA修飾，阿爾茲海默症的發病機制等重要的生物學問題都起到了突出的貢獻。在下面的幾年裡面，我認為我們會在電鏡技術有原理性的突破。
最後，本次諾貝爾獎也再次證明了化學作為一個中心學科，它和物理學、生物學的交叉，起到了互相補充、互相支持的作用。而冷凍電鏡技術和其他的潛在候選者來比較，可能是作為一個成熟的、已經在科研中起到直接貢獻的技術受到了委員會的青睞。
陳維軍（德國蔡司公司資深算法科學家，光學顯微鏡、電子顯微鏡成像專家）：
通過快速冷凍溶液，使生物樣品維持原來形態，在納米尺度的電子顯微鏡技術的幫助下獲得原汁原味的，原子解析度的三維空間結構：這是物理成像與化學需求的結合，巧妙的概念，精緻的實驗手段。
郭強（馬克斯·普朗克生物物理化學研究所博士後）
冷凍電子顯微技術，是指通過將生物樣品快速降溫使其固定在玻璃態的冰中，繼而用透射電子顯微鏡成像的技術。電子顯微技術已經獲得過多次諾貝爾獎，本次再次授予化學獎實際是對其在結構生物學，尤其是單顆粒重構技術的肯定。
本次獲獎的三位科學家，Jacques Dubochet的工作集中在「冷凍」這個詞上，他成功實現了將蛋白樣品固定在玻璃態的冰中，使得在電子顯微鏡的高真空環境觀察接近生理狀態下的蛋白成為可能。Joachim Frank 和Richard Henderson則是在提供了單顆粒重構結構的理論依據和技術路線。在這三位科學家工作的基礎上，隨著硬體水平的不斷提高，冷凍電鏡目前已經真正成為結構生物學的常規技術手段。與晶體學相比，冷凍電鏡可以用於解析更大的，具有結構柔性的複合物的結構。
說到我國在這方面的研究，早在八十年代初從事材料學研究的郭可信教授等就發現電子顯微鏡在生物領域的潛力，培養並鼓勵一批物理背景的學者進入生物領域，他們不少目前已經成為行業中堅，以郭可信先生名字命名的冷凍電鏡會議也是行業非常高水準的重要會議。
清華大學也在09年起就大力發展冷凍電鏡的研究，其電鏡平臺（國家蛋白平臺）也一度是全球最大的冷凍電鏡中心（不僅規模大，而且非常非常高產）。
中國電鏡平臺分布。圖片來源：參考文獻1
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