諾貝爾化學獎頒給了物理學家？那是對化學了解不夠

2017年諾貝爾獎化學獎，頒給了雅克·杜波什（Jacques Dubochet），約阿基姆·弗蘭克 （Joachim Frank） 和 理查德·亨德森（Richard Henderson），以表彰他們發展了冷凍電子顯微鏡技術，從而能夠以接近原子解析度水平來確定溶液里的分子結構。

這一技術的解析度還有望提高

中科院生化與細胞所國家蛋白質科學中心（上海）叢堯研究員記者，在冷凍電鏡技術發展以前，一般是在常溫下，用重金屬鹽覆蓋需要探測的生物大分子，應用透射電鏡進行觀察，解析度較低。而冷凍電鏡技術在20世紀70年代末期、80年代初誕生後，通過使用液氮冷卻的液態乙烷可以在毫秒之內實現生物樣品的快速冷凍，將其保存在玻璃態的薄冰層中，接近其天然形態，並可有效抵禦電子的輻照損傷，奠定了冷凍電鏡技術發展的基礎。

上海科技大學助理教授、研究員沈慶濤告訴記者，這幾位冷凍電鏡領域的大牛獲得諾貝爾獎實屬眾望所歸，「之前在Gordon Conference（高登會議）上與他們相遇時，我們就曾預測他們今年可能會得諾貝爾獎，沒想到成真了。」

在沈慶濤眼中，這三位科學家對於冷凍電鏡領域都有各自的貢獻。其中，英國科學家理查德·亨德森是冷凍電鏡的鼻祖人物，開發了冷凍電鏡的三位重構，在這一領域一直很活躍；瑞士科學家雅克·杜波什則首次證明了冷凍電鏡技術的可行性；美國科學家約阿基姆·弗蘭克是冷凍電鏡單顆粒技術的創始人，也是目前冷凍電鏡領域的核心人物。

「2013年左右，直接電子探測相機的出現極大地推進了冷凍電鏡的發展，使得其解析度水平由3點多埃提高到了1.8埃，達到原子解析度水平。隨著直接電子探測技術及冷凍電鏡硬體及重構計算技術發展，相信解析度還會進一步提高到1.5埃甚至更高。」叢堯研究員說。

「冷凍電鏡技術對於葯靶結構的研究極為重要。」中科院上海藥物所研究員趙強告訴記者。原本由於顯微鏡解析度太低，他們在做實驗時並不能看到藥物是怎樣作用在分子上的，只能反覆進行試驗，靠猜測來進行改良。由於冷凍電鏡技術近期才出現了大的技術突破，藥物的研發也需要一定的周期，目前市面上還沒有利用冷凍電鏡技術研發的藥物。

不過趙強透露，上海藥物所已經開始進行冷凍電鏡的儀器購置，預計今年年底到貨後將開始投入運用。未來運用冷凍電鏡技術，可以在看到藥物作用後相應地進行改進，藥物的作用也就更強了。

「冷凍電鏡技術獲獎實至名歸」

為何今年的諾貝爾化學獎會頒發給冷凍電鏡技術？是不是離化學有點遠？

上海交通大學化學化工學院院長朱新遠教授說，化學本身是以分子結構為核心研究對象的一門學科，在傳統的化學範疇里本身就包含了研究分析化學方法。從1980年到2014年，已有8次諾貝爾化學獎授予了「分析化學」，最近的2014年度就授予了兩名美國科學家以及一名德國科學家，以表彰他們在「超高解析度熒光顯微技術」方面的貢獻。

在化學研究中，一些大分子本身是在溶液環境下，之前的技術很難在溶液狀態下把結構看清楚，為了探測其結構，都要對其進行結晶或其他處理。由於不同的結構會導致不同的功能，因此在結晶狀態下所觀察到的不一定完全符合其在溶液狀態下的功能。而冷凍電鏡技術，使得外面雖然凍住了，但裡面還是保持原來的結構。因此這一次諾貝爾化學獎頒發給冷凍電鏡技術，是實至名歸，它使得人們直接觀察物質世界的手段又進了一步。

朱新遠說，藉助這一技術，不僅對於研究人工合成大分子，對於人體內的DNA、RNA、蛋白質和多糖等生物大分子，都是強有力工具。此外，當分子聚集在一起形成一些納米聚集體，要想看清楚其結構，冷凍電鏡是目前十分有效的方法。

70多歲還熬夜做實驗

「理查德·亨德森的太太是上海人，他本人則是一位非常紳士的科學家，儘管已是70多歲的老人，仍孜孜不倦地從事科研工作，甚至熬夜做實驗。」叢堯說。

理查德·亨德森的堅持也讓沈慶濤感慨不已。作為這一領域的鼻祖， 理查德·亨德森剛開始從事這一研究時，幾乎沒有人看好他，而他還是默默堅持。

在沈慶濤看來，這三位科學家除了在科研方面有諸多貢獻，鮮明的個性也讓人印象深刻。美國哥倫比亞大學的約阿基姆·弗蘭克在開車方面特別爭強好勝，他開車很快，從不允許前面有車超過他。沈慶濤說：「這點也體現在了科研上，他喜歡什麼就要做到最好。」

在今年諾貝爾化學獎的名單上，程亦凡這位美籍華人科學家的名字並未出現，這讓沈慶濤覺得有些可惜。他認為，程亦凡是將冷凍電鏡技術推向高潮的人，是他引發了冷凍電鏡這場解析度的革命。對此，他推測道：「可能諾貝爾獎更偏向把0變成1的那個人，而不是把1變成1000的人。」

編輯：成良田

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