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【2017诺贝尔奖】化学奖:雅克·迪波什,约阿基姆·弗兰克 ,理查德·亨德森,和冷冻电子显微技术

字号+作者:kers 来源:科技在线 2017-10-05 08:00 收藏成功收藏本文

  

  2017年诺贝尔奖颁给了雅克·杜波谢(Jacques Dubochet), 约阿希姆·弗兰克 (Joachim Frank) 和 理查德·亨德森(Richard Henderson)。以表彰他们对于冷冻电子显微镜技术的研究发展所作出的贡献,三位科学家同时还简化和改进了生物分子的成像。这项技术使得生物化学迈向了新的时代。我们很有可能在近期内获得原子级别分辨率下的生命复杂机械的详细图像。

  

因为冷冻电子显微镜技术的出现,我们能看到的微观世界从图片左侧的样子,变成了右侧这样。图片来源:The Royal Swedish Academy of Sciences | 制图:Martin Högborn

  图像是理解的关键。科学上的重大突破,其根源常常来自成功地创造出肉眼不可见物体的图像。然而在生物化学的领域里,现有技术难以实现生命体的大部分分子内在机械的可视化,所以留存了许多空白。但是,冷冻电子显微镜改变了这一切,研究者现在可以冻结运动中的生物分子,看到以前从未见过的生物进程。这对进一步理解生命的基础化学过程以及发展相关医药领域都是决定性的。

  长期以来,电子显微镜被认为只适用于死亡物质的成像,因为高强度的电子束会破坏生物材料。 但是在1990年,理查德·亨德森成功地使用电子显微镜得到了原子级分辨率的三维蛋白质图像。这一突破证明了这项技术的潜力。

  约阿希姆·弗兰克使这项技术得以普遍应用。在1975到1986年间,他研发了一种图像处理方法,可以对电子显微镜下模糊的2D图像进行分析和合并,从而显示出一个清晰的三维结构。

  

约阿希姆·弗兰克的三维成像技术。图片来源:The Royal Swedish Academy of Sciences | 制图:Johan Jarnestad

  雅克·杜波谢在电子显微镜中加入了水。液态水会在电子显微镜的真空中气化,令生物分子坍塌。但20世纪80年代早期,杜波谢成功地使水玻璃化——他令水快速降温,在生物样本周围以液态形式固化,使生物分子即使在真空中也能维持天然形态。

  

杜波谢的玻璃化方法。图片来源:The Royal Swedish Academy of Sciences | 制图:Johan Jarnestad

  在这些发现之后,电子显微镜的每个微小部件都被优化过了。2013年,电子显微镜终于达到了梦寐以求的原子级分辨率。现在,获得生物分子的三维结构已经是研究者们的日常。过去的几年科学文献充满了各种各样东西的图像,从造成抗生素耐药性的蛋白质到寨卡病毒的表面,不一而足。

  生物化学正迎来一场爆发式的进展,已经准备好面对激动人心的未来。

  

  让我们记住这三个名字,改写他们为生物化学领域带来的革命:

雅克•杜波谢

  

  1942年生于瑞士艾格勒。1973年获瑞士日内瓦大学及巴塞尔大学博士学位。现为瑞士洛桑大学生物物理学名誉教授。

约阿希姆•弗兰克

  1940年生于德国锡根。1970年获德国慕尼黑技术大学博士学位。现为美国哥伦比亚大学的生物化学、分子生物物理学及生命科学教授。

  

理查德•亨德森

  

  1945年生于苏格兰爱丁堡。1969年于英国剑桥大学获博士学位。现为英国剑桥大学的MRC分子生物学实验室项目负责人。

  感谢他们为这个世界作出的贡献!

  

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