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助力生物研究取得重大突破,冷凍電鏡應(yīng)用廣闊

發(fā)布時間: 2019-11-14  點(diǎn)擊次數(shù): 504次

作為結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的一個重要研究手段,冷凍電鏡技術(shù)大大改變了生物研究的方式。如今,各國研究人員紛紛運(yùn)用這一技術(shù)開展科研工作,有效提升了科研效率,為生物領(lǐng)域眾多成果的涌出奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

 

冷凍電鏡技術(shù)用于掃描電鏡的超低溫冷凍制樣及傳輸,可直接觀察液體、半液體以及對電子束敏感的樣品。樣品經(jīng)過超低溫冷凍、斷裂、鍍膜制樣等處理,通過冷凍傳輸系統(tǒng)放入電鏡內(nèi)的冷臺進(jìn)行觀察,不會影響到樣品本身結(jié)構(gòu)。

 

2017年10月,三位科學(xué)家因冷凍電鏡技術(shù)獲得了諾貝爾化學(xué)獎,此后,這一技術(shù)獲得了更多研究人員關(guān)注。目前,冷凍電鏡技術(shù)已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究中的一個利器,改變了生物領(lǐng)域的研究方式,眾多研究項(xiàng)目取得了重大突破。

 

 

 

中國科研人員重構(gòu)復(fù)雜皰疹病毒

 

皰疹病毒直徑約為150-200納米,保護(hù)病毒基因的核衣殼包含約4000個蛋白組分,尺寸巨大、成分復(fù)雜,且容易在純化過程中造成顆粒局部微小形變。冷凍電鏡技術(shù)雖可以高分辨率測定生物分子結(jié)構(gòu),但對于尺寸超過120納米的生物樣品,容易造成顆粒局部欠焦量差異問題。

 

中國科學(xué)院生物物理研究所研究員王祥喜團(tuán)隊(duì),對導(dǎo)致欠焦量差異的物理效應(yīng)進(jìn)行矯正,并將單個“單純皰疹病毒-2”顆粒分成了240個亞單位,進(jìn)行分類和單顆粒重構(gòu),從而將冷凍電鏡技術(shù)的分辨率提高到3.1埃(1埃等于十分之一納米)。該團(tuán)隊(duì)在原子層面上重構(gòu)了一種結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜的皰疹病毒核衣殼,為后續(xù)研究病毒核衣殼在神經(jīng)細(xì)胞中的運(yùn)輸提供了“精細(xì)化”結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

美國科學(xué)家確立端粒酶結(jié)構(gòu)

北京恒瑞鑫達(dá)科技有限公司,成立于2009年8月,成立至今已經(jīng)和國內(nèi)多家教育機(jī)構(gòu),全國各地多家企業(yè)有過長期的合作關(guān)系,專注于新型材料試驗(yàn)機(jī)的研究,長期聘請清華大學(xué)精密儀器系的專家為技術(shù)顧問,并成立新型材料檢測儀器研發(fā)中心。
    北京恒瑞鑫達(dá)科技有限公司是集專業(yè)設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)與銷售于一體的高新技術(shù)股份制企業(yè),專注于新型材料試驗(yàn)機(jī)的研制、材料檢測技術(shù)的提高及材料試驗(yàn)方法的創(chuàng)新,是國內(nèi)的材料試驗(yàn)檢測儀器的生產(chǎn)企業(yè)。恒瑞鑫達(dá)以精美的產(chǎn)品、的技術(shù)、精良的品質(zhì)、精心的服務(wù)贏得了廣大用戶和*,產(chǎn)品全國,擁有一大批國內(nèi)外科研院所及企業(yè)用戶,是國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)發(fā)展速度快的企業(yè)之一。

端粒酶與癌癥和老化關(guān)系密切,如果能合理運(yùn)用提取生物端粒酶技術(shù),將有助于揭開人類衰老和罹患癌癥等嚴(yán)重疾病的奧秘。據(jù)英國《自然》雜志發(fā)表的一篇論文,美國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用冷凍電鏡技術(shù),以迄今zui高的分辨率確定了端粒酶的結(jié)構(gòu)。

 

以往運(yùn)用電子顯微鏡觀察生物樣品,容易對樣品造成電子束輻照損傷,很難獲得生物樣品的高分辨率信息。美國加州大學(xué)伯克利分校研究人員凱瑟林·科林斯及其同事利用冷凍電鏡技術(shù),確定了人體端粒酶的結(jié)構(gòu),代表著人類向開發(fā)端粒酶相關(guān)療法邁出了重要一步。學(xué)界普遍認(rèn)為,端粒酶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的缺乏,妨礙了臨床調(diào)控端粒酶的進(jìn)展,但現(xiàn)在,研究人員終于在亞納米尺度上得到了該分子與其底物相結(jié)合的圖像,這將加快提取生物端粒酶技術(shù)的研究進(jìn)展。

中美學(xué)者成功解析神經(jīng)突觸

 

中科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心與生命科學(xué)學(xué)院畢國強(qiáng)、劉北明和美國加州大學(xué)洛杉磯分校周正洪教授合作課題組,在上利用冷凍電鏡技術(shù)對完整神經(jīng)突觸進(jìn)行系統(tǒng)性定量分析,既推動了對突觸超微結(jié)構(gòu)與功能的解密,又為復(fù)雜細(xì)胞體系中原位解析生物大分子復(fù)合物的組織結(jié)構(gòu)技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。

 

據(jù)悉,研究團(tuán)隊(duì)利用冷凍電子斷層三維重構(gòu)技術(shù),結(jié)合自主研發(fā)的冷凍光電關(guān)聯(lián)顯微成像技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對中樞神經(jīng)系統(tǒng)中兩類主要突觸——興奮性/抑制性突觸的區(qū)分及結(jié)構(gòu)特征的定量化分析,獲得一系列完整突觸在近生理狀態(tài)下的三維結(jié)構(gòu)。結(jié)合定量分析手段,報道了抑制性突觸的均勻薄片狀突觸后致密區(qū)結(jié)構(gòu),并發(fā)現(xiàn)兩類突觸中均存在橢球狀突觸囊泡,結(jié)束了關(guān)于兩類突觸在突觸囊泡和突觸后致密區(qū)形態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)上由來已久的爭論。

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