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2017年诺贝尔化学奖揭晓

北京时间10月4日下午5点45分,2017年诺贝尔化学奖揭晓,瑞士、美国和英国三位科学家Jacques Dubochet,Joachim Frank和Richard Henderson获奖,获奖理由是“研发出冷冻电镜,用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。三人将均分900万瑞典克朗奖金。

Jacques Dubochet

Jacques Dubochet,1942年出生于瑞士艾格勒。1973年从瑞士日内瓦大学和瑞士巴塞尔大学获得博士学位。现为瑞士洛桑大学名誉生物物理学教授。

Joachim Frank

Joachim Frank,1940年出生于德国锡根。1970年从德国慕尼黑工业大学获得博士学位。现为美国哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学及生物科学教授。

Richard Henderson

Richard Henderson,1945年出生于苏格兰爱丁堡。1969年从英国剑桥大学获得博士学位。现为英国MRC分子生物学实验室项目主任。

冷却显微技术带来生物化学领域的革新

我们也许很快就能看到复杂生命系统的原子级分辨率图像了。2017年的诺贝尔化学奖被授予Jacques Dubochet, Joachim Frank和Richard Henderson,以表彰他们为研发冷冻电子显微技术作出的贡献,这项技术简化了生物分子成像并促进了其发展,将生物化学带入一个新时代。

图像是我们理解一切事物的关键所在。将那些人眼不可见的物体成功地可视化,通常是科研产生突破的基础。但是,生物化学领域的成像技术在过去很长一段时间内是一片空白,原因在于,已有技术很难对生命的分子机制进行太多图像化描述。是冷冻电子显微技术改变了这一切。现在,研究人员可以将活的生物分子进行冷冻,并将那些以前无法看见的生物变化过程实现可视化——这给我们从化学角度了解生命以及研发药物带来决定性的影响

长久以来,人们认为电子显微镜只能用于死亡生物的成像,因为电子显微镜中高强度的电子束会破坏生物材料。但是在1990年,Richard Henderson却成功地利用一台电子显微镜获得一种蛋白质的3D图像,图像分辨率达到原子水平。这次突破证明了冷冻电子显微技术的发展潜力。

Joachim Frank则让该项技术获得广泛应用。在1975至1986年间,他开发出一种图像处理技术,能够分析电子显微镜生成的模糊2D图像,并将其合并最终生成清晰的3D结构。

Jacques Dubochet则将水这种物质引入电子显微镜中。通常情况下,液态水在进入电子显微镜的真空管后会蒸发掉,使得生物分子瓦解,不再具有之前的形态。在上世纪80年代早期,Dubochet改进了这一弊端,成功实现了水的玻璃化——迅速将水冷却,让其以液体形态固化生物样本,使得生物分子在真空管中仍能保持其自然形态。

有了他们三人的研究成果为基础,电子显微技术全方位的发展充满了希望。2013年,电子显微镜的分辨率达到原子级别,现在,研究人员很轻松就能获得生物分子的3D结构。在过去数年里,学术论文里随处可见各种物质的高清图像,从导致抗生素耐药性产生的蛋白质,到寨卡病毒的外观。如今,生物化学正经历爆炸式发展,并已准备好迎接那激动人心的未来。


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