请回答2020|诺奖得主带你探秘,能照出新冠病毒真容的神器
2020-12-29
WLF
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  世界顶尖科学家论坛(WLF)联手字节跳动,推出年度特别节目《科学家,请回答2020》。今日出场的是“冷冻电镜之父”、2017年诺贝尔化学奖得主约阿希姆·弗兰克(Joachim Frank)。


一、冷冻电镜照出新冠病毒真容

  2020年,新冠疫情肆虐全球。抗击新冠病毒,是全人类共同的目标,也是国际科学界的头号课题。在这一过程中,冷冻电子显微镜技术(简称“冷冻电镜”)发挥了巨大作用:

  借助高质量的冷冻电镜数据,饶子和院士团队只用了三个星期,就表达并提纯了新冠病毒的非结构蛋白。(在第三届WLF前沿话题讲堂,饶子和院士对此做了专题报告。)

  李兰娟院士团队与清华大学李赛研究团队,则通过冷冻电镜的帮助,最终重构出具有代表性的新冠病毒高清三维结构。

  对于冷冻电镜在抗击新冠疫情中发挥的重要作用,弗兰克非常自豪。弗兰克在参加第三届WLF时表示:“我非常欣慰,能够看到冷冻电镜技术在理解新冠病毒与宿主受体如何相互作用时,起到了至关重要的作用。”

弗兰克在第三届WLF上
图|WLF独家

二、弗兰克讲述冷冻电镜发展史

  在《科学家,请回答2020》中,弗兰克这样评述自己的成果:“过去,观测单个分子看似‘盲人摸象’。冷冻电镜技术可以对数以万计分子传递的微弱片面信息进行深度数据分析,以发现背后的奥义。”

弗兰克在节目中介绍自己的研究
图|WLF独家

  电子显微镜早在1931年就被发明,但在生物学领域的应用受到限制,因为生物样品含水分才会稳定,而水分会影响电子显微镜的观测效果。为了解决这一矛盾,科学家想到了快速冷冻生物样品,以达到在真空环境下固定蛋白质分子,使其可稳定观测的方案。这就带来了冷冻电子显微镜技术。

  在节目中,弗兰克详尽解说了冷冻电镜的历史。实际上,从上世纪70年代兴起至今,冷冻电镜已经有了40多年的发展历史,经历了冷冻制样单颗粒图像分析三维重构算法等关键性技术的突破。

  弗兰克在冷冻电镜发展中最大的贡献,主要与数学和计算有关:他提出了将二维照片图像组合分析,形成三维结构的思路和算法

  因为对冷冻电镜发展的卓越贡献,约阿希姆·弗兰克与理查德·亨德森(Richard Henderson)、雅克·迪波什(Jacques Dubochet)共同获得了2017年诺贝尔化学奖。

2017年诺贝尔化学奖三位得主:迪波什、弗兰克、亨德森(从左至右)
图|Nobel Prize

  “相信随着冷冻电镜技术的不断发展与完善,以及全球越来越多的科学家团队参与研究,我们最终能够筛选出最有效的抗体,预防并治疗新冠病毒。也希望看到冷冻电镜在其它方向推动生物学发展。”弗兰克说。

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