原創(chuàng) Kai 世界頂尖科學家論壇

世界頂尖科學家論壇（WLF）聯(lián)手字節(jié)跳動，推出年度特別節(jié)目《科學家，請回答2020》。今日出場的是“冷凍電鏡之父”、2017年諾貝爾化學獎得主約阿希姆·弗蘭克（Joachim Frank）。

01

冷凍電鏡照出新冠病毒真容

2020年，新冠疫情肆虐全球。抗擊新冠病毒，是全人類共同的目標，也是國際科學界的頭號課題。在這一過程中，冷凍電子顯微鏡技術（簡稱“冷凍電鏡”）發(fā)揮了巨大作用：

借助高質量的冷凍電鏡數(shù)據(jù)，饒子和院士團隊只用了三個星期，就表達并提純了新冠病毒的非結構蛋白。（在第三屆WLF前沿話題講堂，饒子和院士對此做了專題報告。）

李蘭娟院士團隊與清華大學李賽研究團隊，則通過冷凍電鏡的幫助，最終重構出具有代表性的新冠病毒高清三維結構。

對于冷凍電鏡在抗擊新冠疫情中發(fā)揮的重要作用，弗蘭克非常自豪。弗蘭克在參加第三屆WLF時表示：“我非常欣慰，能夠看到冷凍電鏡技術在理解新冠病毒與宿主受體如何相互作用時，起到了至關重要的作用。”

弗蘭克在第三屆WLF上。圖｜WLF獨家

02

弗蘭克講述冷凍電鏡發(fā)展史

在《科學家，請回答2020》中，弗蘭克這樣評述自己的成果：“過去，觀測單個分子看似‘盲人摸象’。冷凍電鏡技術可以對數(shù)以萬計分子傳遞的微弱片面信息進行深度數(shù)據(jù)分析，以發(fā)現(xiàn)背后的奧義。”

弗蘭克在節(jié)目中介紹自己的研究。圖｜WLF獨家

電子顯微鏡早在1931年就被發(fā)明，但在生物學領域的應用受到限制，因為生物樣品含水分才會穩(wěn)定，而水分會影響電子顯微鏡的觀測效果。為了解決這一矛盾，科學家想到了快速冷凍生物樣品，以達到在真空環(huán)境下固定蛋白質分子，使其可穩(wěn)定觀測的方案。這就帶來了冷凍電子顯微鏡技術。

在節(jié)目中，弗蘭克詳盡解說了冷凍電鏡的歷史。實際上，從上世紀70年代興起至今，冷凍電鏡已經有了40多年的發(fā)展歷史，經歷了冷凍制樣、單顆粒圖像分析和三維重構算法等關鍵性技術的突破。

弗蘭克在冷凍電鏡發(fā)展中最大的貢獻，主要與數(shù)學和計算有關：他提出了將二維照片圖像組合分析，形成三維結構的思路和算法。

因為對冷凍電鏡發(fā)展的卓越貢獻，約阿希姆·弗蘭克與理查德·亨德森（Richard Henderson）、雅克·迪波什（Jacques Dubochet）共同獲得了2017年諾貝爾化學獎。

2017年諾貝爾化學獎三位得主：迪波什、弗蘭克、亨德森（從左至右）。圖｜Nobel Prize

“相信隨著冷凍電鏡技術的不斷發(fā)展與完善，以及全球越來越多的科學家團隊參與研究，我們最終能夠篩選出最有效的抗體，預防并治療新冠病毒。也希望看到冷凍電鏡在其它方向推動生物學發(fā)展。”弗蘭克說。

排版｜Kai

編輯｜羽華

責編｜小文

閱讀原文