北京時間10月4日下午5點45分,2017年諾貝爾化學獎揭曉,瑞士、美國和英國三位科學家Jacques Dubochet,Joachim Frank和Richard Henderson獲獎,獲獎理由是「研發出冷凍電鏡,用於溶液中生物分子結構的高解析度測定」。三人將均分900萬瑞典克朗獎金。
Jacques Dubochet
Jacques Dubochet,1942年出生於瑞士艾格勒。1973年從瑞士日內瓦大學和瑞士巴塞爾大學獲得博士學位。現為瑞士洛桑大學名譽生物物理學教授。
Joachim Frank
Joachim Frank,1940年出生於德國錫根。1970年從德國慕尼黑工業大學獲得博士學位。現為美國哥倫比亞大學生物化學與分子生物物理學及生物科學教授。
Richard Henderson
Richard Henderson,1945年出生於蘇格蘭愛丁堡。1969年從英國劍橋大學獲得博士學位。現為英國MRC分子生物學實驗室項目主任。
冷卻顯微技術帶來生物化學領域的革新
我們也許很快就能看到複雜生命系統的原子級解析度圖像了。2017年的諾貝爾化學獎被授予Jacques Dubochet, Joachim Frank和Richard Henderson,以表彰他們為研發冷凍電子顯微技術作出的貢獻,這項技術簡化了生物分子成像並促進了其發展,將生物化學帶入一個新時代。
圖像是我們理解一切事物的關鍵所在。將那些人眼不可見的物體成功地可視化,通常是科研產生突破的基礎。但是,生物化學領域的成像技術在過去很長一段時間內是一片空白,原因在於,已有技術很難對生命的分子機制進行太多圖像化描述。是冷凍電子顯微技術改變了這一切。現在,研究人員可以將活的生物分子進行冷凍,並將那些以前無法看見的生物變化過程實現可視化——這給我們從化學角度了解生命以及研發藥物帶來決定性的影響。
長久以來,人們認為電子顯微鏡只能用於死亡生物的成像,因為電子顯微鏡中高強度的電子束會破壞生物材料。但是在1990年,Richard Henderson卻成功地利用一臺電子顯微鏡獲得一種蛋白質的3D圖像,圖像解析度達到原子水平。這次突破證明了冷凍電子顯微技術的發展潛力。
Joachim Frank則讓該項技術獲得廣泛應用。在1975至1986年間,他開發出一種圖像處理技術,能夠分析電子顯微鏡生成的模糊2D圖像,並將其合併最終生成清晰的3D結構。
Jacques Dubochet則將水這種物質引入電子顯微鏡中。通常情況下,液態水在進入電子顯微鏡的真空管後會蒸發掉,使得生物分子瓦解,不再具有之前的形態。在上世紀80年代早期,Dubochet改進了這一弊端,成功實現了水的玻璃化——迅速將水冷卻,讓其以液體形態固化生物樣本,使得生物分子在真空管中仍能保持其自然形態。
有了他們三人的研究成果為基礎,電子顯微技術全方位的發展充滿了希望。2013年,電子顯微鏡的解析度達到原子級別,現在,研究人員很輕鬆就能獲得生物分子的3D結構。在過去數年裡,學術論文裡隨處可見各種物質的高清圖像,從導致抗生素耐藥性產生的蛋白質,到寨卡病毒的外觀。如今,生物化學正經歷爆炸式發展,並已準備好迎接那激動人心的未來。
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諾貝爾獎網站官方公告(英文)