2017年，Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson因在低溫電子顯微鏡(Cryo-electronic microscopy，簡稱cryoEM)方面的貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎，低溫電子顯微鏡是一種能夠以原子分辨率捕捉蛋白質(zhì)等生物分子圖像的成像技術(shù)。在cryoEM中，樣品被放在玻璃冰中——當(dāng)水快速結(jié)冰而無法結(jié)晶時形成的類似玻璃的冰。隨著樣品玻璃化，可以用電子顯微鏡拍攝它們分子結(jié)構(gòu)的高分辨率照片，這是一種使用電子束而不是利用光形成圖像的儀器。

cryoEM離我們的生活并不遠(yuǎn)，它為生命科學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能。例如，它最近被用來繪制新型冠狀病毒刺突蛋白的結(jié)構(gòu)圖，有利于新冠肺炎疫苗的開發(fā)。

2020年研究人員繪制的新型冠狀病毒刺突蛋白在原子尺度上的3D“藍(lán)圖”。

蛋白質(zhì)不斷改變著它們在細(xì)胞中的三維結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)象重排是蛋白質(zhì)完成其特殊功能所不可或缺的，并且在很短的時間內(nèi)即可完成（百萬分之一到千分之一秒）。這種運動可以說是“瞬息萬變”，以至于目前的cryoEM協(xié)議無法對其進(jìn)行實時觀察，這使得我們對蛋白質(zhì)的理解并不全面。

但是，由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院的Ulrich Lorenz領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家小組開發(fā)了一種cryoEM方法，在《Chemical Physics Letters》上公開了他們的成果，可以捕捉微秒(即百萬分之一秒)內(nèi)的蛋白質(zhì)運動圖像。該方法包括用激光脈沖快速熔化玻璃化樣品。當(dāng)冰融化成液體時，有一個可調(diào)的時間期，研究人員利用此時間可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)，使其以在細(xì)胞自然液態(tài)里的方式進(jìn)行移動。

來源：Jonathan M. Voss et al, Rapid melting and revitrification as an approach to microsecond time-resolved cryo-electron microscopy, Chemical Physics Letters (2021).DOI: 10.1016/j.cplett.2021.138812