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检测仪器仪表推动生物学领域革命

作者: admin 时间:2015-10-12 来源:未知
摘要:这些从2012年左右获得应用的探测器,能以每秒几十帧的速率捕捉单一分子的速射图像。与此同时,诸如Scheres等研究人员编写了复杂的软件程序,将上千幅2D图像转变成在很多情况下可与晶体学解析的分子图像质量相媲美的3D模型。...

  这些从2012年左右获得应用的探测器,能以每秒几十帧的速率捕捉单一分子的速射图像。与此同时,诸如Scheres等研究人员编写了复杂的软件程序,将上千幅2D图像转变成在很多情况下可与晶体学解析的分子图像质量相媲美的3D模型。

  冷冻电镜适合能忍受电子轰击而不会四处晃动的稳定、大型分子,因此通常由几十个蛋白制成的分子机器是很好的目标。而研究证明,没有什么比由RNA相互缠绕支撑的核糖体更加合适了。通过X射线晶体学解析核糖体结构的方法,让3位化学家获得了2009年诺贝尔化学奖。过去几年里,不同的研究团队迅速发表了来自众多生物体的核糖体冷冻电镜结构,包括首个人类核糖体高分辨率模型。在由分享了2009年诺贝尔奖的Venki Rama krishnan领导的LMB实验室,X射线晶体学在很大程度上变得无人问津。他认为,对于大型分子来说,“冷冻电镜将大幅取代晶体学技术的预测是可靠的”。

  今年5月,加拿大多伦多大学结构生物学家John Rubinstein和他的同事利用约10万幅冷冻电镜图像,创建了一种名为V-ATPase、形状类似转子的酶的“分子影片”。V-ATPase通过燃烧三磷酸腺苷(ATP)推动质子进出细胞液泡。“我们看到的是一切事情都在灵活进行。”Rubinstein说,“它在弯曲、扭动和变形。”在他看来,这种酶的灵活性能帮助其高效传递ATP释放的能量。

  统治结构生物学领域

  像任何新兴领域一样,冷冻电镜领域也有着成长的烦恼。一些专家担心,竞相利用此项技术的研究人员会产生有问题的结果。2013年发表的一种艾滋病病毒表面蛋白的结构,便受到科学家的质疑。他们认为,用于构建模型的图像是白噪声。从那以后,虽然其他团队产生的X射线和冷冻电镜模型对原始模型提出了挑战,但这些研究人员一直坚守他们的成果。

  今年6月,在高登会议上,想要更多质量控制的研究人员通过一项决议,督促各期刊为审稿人提供关于冷冻电镜结构如何被创建的细节资料。

  成本也会减缓此项技术的扩散。据Scheres估算,LMB每天花费约3000英镑运行其冷冻电镜设备,还要加上1000英镑的电费。大部分电费是由储存和处理图像所需的计算机产生的。“对于很多实验室来说,这是一项很高的开支。”

  为了让冷冻电镜的使用更加便利,一些资助者建立了研究人员能预定时间的共享设备。霍华德·休斯医学研究所(HHMI)在其弗吉尼亚州珍利亚农场校区运营着一个对HHMI资助的研究人员开放的冷冻电镜实验室。在英国,由政府和惠康基金会资助的一台全国性冷冻电镜设备,今年在牛津附近的迪德科特开始运行。

  “人们想要了解冷冻电镜,已成为当下的一股浪潮。”帮助建立上述设备的伦敦大学伯克贝克学院结构生物学家HelenSaibil表示。

  追赶这一浪潮的还有纽约洛克菲勒大学生物物理学家RodMacKinnon。他因确定了特定离子通道的晶体结构而共同分享了2003年诺贝尔化学奖,但如今却在深入研究冷冻电镜。“我正处在学习曲线的陡坡上,而这总是令我兴奋不已。”MacKinnon希望利用冷冻电镜研究离子通道是如何打开和关闭的。

  当Henderson在1997年反驳说冷冻电镜将统治结构生物学世界时,他或许是在口是心非。但将近20年以后,他的预言已不像当时看上去的那么夸张。“如果继续发展下去,并且所有技术问题都得到解决,冷冻电镜确实会成为一种占据统治地位的技术,而不仅仅是第一选择。”Henderson说,“我们或许已经成功了一半。”

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