曾帮施一公团队获诺奖级成果，冷冻电镜是何方神器？

　　原标题：曾帮施一公团队获诺奖级成果，冷冻电镜是何方神器？

　　三位科学家因冷冻电镜技术分享2017年诺贝尔化学奖。冷冻电镜曾成就无数科学家，其中包括施一公。它究竟是什么神器？

　　Richard Henderson 剑桥MRC分子生物学实验室

　　2015年8月21日，清华大学生命科学学院院长施一公带领的研究团队在《科学》在线发表了两篇研究长文，揭示了剪接体结构及其工作机理。这一成果的发表可谓突破了世界性难题，而成果背后离不开一种叫作“冷冻电镜”的仪器的帮忙，它是一种怎样的“神器”？它又发挥了哪些作用呢？2015年9月《科技生活》周刊曾刊文解读。

　　首先，我们来了解下什么是剪接体？这还得从基因表达说起。大千世界虽然无奇不有，但总的规则还是很明确的，比如人长得像人，猫长得像猫，儿子长得像爸爸（如果非亲生要另当别论）。我们都知道，基因会决定物种和长相。一个新生命所携带的基因是由父母双方给予的，一个受精卵从一个细胞慢慢长成一个人或一只猫，这个过程就是他所携带的基因表达的过程，基因其实就是藏在细胞中的DNA，基因通过表达生成活性蛋白质，而这些蛋白质构成了我们的各个器官，我们的身体发肤。

　　如下图所示，基因的表达，是将DNA上的信息转录到一种叫核糖体的物质上，这个物质就是最初的信使RNA（mRNA），但这些转录过来的信息并不能全都表达出来，不能表达的部分被称为内含子，这个时候就要让剪接体登场了，它的作用是将这些内含子剪下来，使那些能表达出来的片段连在一起，形成成熟的信使RNA，信使RNA的所携带的信息经过翻译表达，最终生成蛋白质。如果没有剪接体，基因的表达就不能顺利进行。

　　剪接体在基因表达中的作用重大，了解它的结构和工作机理不仅可以对生命本身，也对一些遗传性疾病增加了解和把握，之前也有许多科学家为了得到剪接体的结构而努力，但因其形态多变，成分复杂，一直未果。这一问题甚至被称为“世界难题”。

　　世界难题被解，冷冻电镜帮大忙

　　为什么研究多年的世界难题会被施一公团队解开？施一公教授在接受采访时说：“如果没有冷冻电镜技术，就完全不可能得到剪接体近原子水平的分辨率。”

　　中国科学院生物物理所研究员朱平曾在接受媒体采访时表示，冷冻电镜技术是结构生物学研究的利器。冷冻电镜就是应用冷冻固定技术，使用透射电子显微镜观察样品的显微技术。这里提到两个问题，一是冷冻固定技术，二是显微技术，最后要得出图像数据，还需要数据收集和处理的技术。

　　究竟这次科学实验中用到的冷冻电镜技术是何方神器？它是如何构建出剪接体的三维结构的？首先，科研人员要选好样品，并在高压冷冻仪（如图一）中进行冷冻制样。“冷冻电镜中的冷冻技术可以瞬间冷冻样品，并在冷冻状态下保持和转移，使样品最大限度保持原来性状，得出的数据更准确，实验成功率才更高。”中科院遗传发育所研究员姜韬告诉记者。

　　高压冷冻仪

　　高压冷冻仪

　　然后科研人员要把冻好的样品放在电子显微镜的样品放置处，就可以进行观察了。施一公团队科研所用的电子显微镜属于世界尖端仪器，是美国FEI公司研发的Titan Krios（如图二），它被包裹在一个“小房间”里，科学家需要通过计算机远程控制操作来观察。据中科院生物物理所研究员孙飞介绍，这样做可以防磁防震，保证仪器的精密。