諾貝爾獎陸續(xù)公布：題材高冷，成果實(shí)用

冷凍顯微術(shù)、引力波、人體生物鐘分子機(jī)制都有什么用？

瑞典皇家科學(xué)院4日宣布，將2017年諾貝爾化學(xué)獎授予瑞士科學(xué)家雅克·杜博歇、美國科學(xué)家約阿希姆·弗蘭克以及英國科學(xué)家理查德·亨德森，以表彰他們在冷凍顯微術(shù)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

諾貝爾化學(xué)獎

解讀冷凍顯微術(shù)

“抓拍”生命分子的高清照片

在生物體內(nèi)，無數(shù)復(fù)雜分子不斷地運(yùn)動著，形成又拆解、結(jié)合又分離，通過這些過程來實(shí)現(xiàn)各種生理功能。如果能任意“抓拍”高清照片、看清某個(gè)分子在特定瞬間的模樣，將使我們更深入地理解生命如何運(yùn)作。

近幾年來迅速躥紅的低溫冷凍電子顯微術(shù)(Cryo—EM)就是這樣一種“抓拍”手段。2017年諾貝爾化學(xué)獎的三位獲獎?wù)邔υ摷夹g(shù)的發(fā)展作出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)80年代初，工作于歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的雅克·杜博歇提出了“急速冷卻”方案，奠定了低溫冷凍電子顯微術(shù)樣本制備與觀察的基本技術(shù)手段。

電子顯微鏡觀測的樣本通常是只含一層分子的薄膜，可以視為二維的。對大量散布的同一種分子拍攝二維圖像，再把這些圖像整合起來，就可以得到該分子的三維圖像。20世紀(jì)70年代，在紐約沃茲沃思研究中心工作的約阿希姆·弗蘭克開始進(jìn)行這種“三維重構(gòu)”的理論研究，開發(fā)出了多種數(shù)學(xué)工具和圖像處理方法。

1990年，英國劍橋分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的理查德·亨德森小組報(bào)告了他們對一種色素蛋白進(jìn)行的三維重構(gòu)，這項(xiàng)成果是低溫冷凍電子顯微術(shù)的重要里程碑，證明“冷凍樣本-二維成像-三維重構(gòu)”的確可以得到高分辨率的三維圖像。它標(biāo)志著一種研究生物大分子結(jié)構(gòu)的新方法已經(jīng)成形，其思路與X射線晶體學(xué)迥異，可以給生物體內(nèi)溶液中、處于工作狀態(tài)的分子“抓拍”快照。

近幾年來，傳統(tǒng)的電子顯微術(shù)照相機(jī)被可以直接檢測電子的設(shè)備取代，解決了圖像轉(zhuǎn)換導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失的問題，這個(gè)重大進(jìn)展也是亨德森的貢獻(xiàn)。低溫冷凍電子顯微術(shù)的“高清時(shí)代”終于來臨。

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎

解讀人體生物鐘分子機(jī)制

解決失眠的鑰匙

從藍(lán)綠藻到真菌、從植物到動物，地球生命普遍擁有一套內(nèi)置的時(shí)鐘，以24小時(shí)為周期調(diào)節(jié)生理活動，以適應(yīng)我們這顆行星的自轉(zhuǎn)和晝夜變化。獲得2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的三位科學(xué)家，在分子水平上揭示了生命時(shí)鐘怎樣“滴答”走動。