將生物化學帶向新紀元的技術獲得2017年諾貝爾化學獎
原文以Cryo-electron microscopy wins chemistry Nobel為標題
發布在2017年10月4日的《自然》新聞上
原文作者：Daniel Cressey& Ewen Callaway
左：理查德·亨德森（Richard Henderson），中：約阿希姆·弗蘭克（Joachim Frank），右：雅克·杜博歇（Jacques Dubochet）
Niklas Elmehed/Nobel Media AB 2017
10月4日，雅克·杜博歇、約阿希姆·弗蘭克和理查德·亨德森因開發了冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）技術而獲得了2017年的諾貝爾化學獎。該技術通過將電子束打到凍結在溶液中的蛋白質上來獲得生物分子結構，有助於研究者觀察生物分子樣貌。
數十年來，生物學家們一直利用X-射線晶體學方法——通過向結晶的蛋白質照射X射線來獲得生物分子結構的圖像。但如今實驗室正競相採用冷凍電鏡技術，因為它可以獲得那些不易形成大晶體的蛋白質的結構圖像。頒發這一獎項的瑞典皇家科學院是這樣描述的：這一技術「使生物化學邁進了一個新紀元」。
20世紀70年代，劍橋大學MRC（英國醫學研究委員會分子生物學）實驗室的亨德森與同事Nigel Unwin試圖確定細菌視紫紅質的形狀。這種蛋白可以利用光能使蛋白質穿過細胞膜，但不適用於晶體學技術。因此，二人轉向了電鏡技術，並於1975年製作了該蛋白質的第一個3D模型。
在同一年代，哥倫比亞大學的弗蘭克及其同事開發了一種圖像處理軟體，用於解析通過電鏡照射蛋白質所產生的模糊圖像，它可以將模糊的二維圖像轉換成3D分子結構。
20世紀80年代初，瑞士洛桑大學的杜博歇所帶領的科研團隊研究出了如何在電子顯微鏡中使用水，使生物分子可以在溶液中保持其自然形狀成像。他的團隊開發了一種利用液態乙烷快速凍結蛋白質溶液的方法，使它們在電子轟擊下保持相對靜止。如此一來，研究人員可以利用電子顯微鏡，得到比以往解析度更高的蛋白質結構。
得益於以上研究以及其他進展，亨德森在1990年利用冷凍電鏡技術得到了第一張原子級解析度的蛋白質圖像。
儘管為諾貝爾委員會所認可的工作是在20世紀70年代和80年代進行的，但它為近年來眾多科學家所稱的一場革命奠定了基礎。
弗蘭克告訴聚集在瑞典皇家科學院的記者們：技術創新可以產生比發現更大的影響。他說：「冷凍電鏡將會徹底變革結構生物學。」另外還補充表示，細胞內製造蛋白質的機器——核糖體是他成像過的「最酷」的分子。
Venki Ramakrishnan是眾多轉向冷凍電鏡的研究者之一。他是分子生物學實驗室的結構生物學家，因使用X-射線晶體技術確定了核糖體結構而於2009年共享了諾貝爾化學獎。在從《自然》記者那裡獲知今年化學獎得主時，Ramakrishnan說道：「太棒了，我認為就應該他們獲獎。」
與亨德森共事的冷凍電鏡專家Sjors Scheres說：「太好了，這是對過去一切發展的高度認可。」前一天兩人從萊斯特的會議回來之後，Scheres問亨德森是否會手機不離身，以防諾貝爾委員打電話給他，結果亨德森說諾貝爾獎應該頒給杜博歇。Scheres補充表示，亨德森永遠不會說他自己該獲獎，但他們三人當之無愧。
Naturedoi:10.1038/nature.2017.22738
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