原標題：曾幫施一公團隊獲諾獎級成果，冷凍電鏡是何方神器？

　　三位科學家因冷凍電鏡技術分享2017年諾貝爾化學獎。冷凍電鏡曾成就無數科學家，其中包括施一公。它究竟是什么神器？

　　Richard Henderson 劍橋MRC分子生物學實驗室

　　2015年8月21日，清華大學生命科學學院院長施一公帶領的研究團隊在《科學》在線發表了兩篇研究長文，揭示了剪接體結構及其工作機理。這一成果的發表可謂突破了世界性難題，而成果背后離不開一種叫作“冷凍電鏡”的儀器的幫忙，它是一種怎樣的“神器”？它又發揮了哪些作用呢？2015年9月《科技生活》周刊曾刊文解讀。

　　首先，我們來了解下什么是剪接體？這還得從基因表達說起。大千世界雖然無奇不有，但總的規則還是很明確的，比如人長得像人，貓長得像貓，兒子長得像爸爸（如果非親生要另當別論）。我們都知道，基因會決定物種和長相。一個新生命所攜帶的基因是由父母雙方給予的，一個受精卵從一個細胞慢慢長成一個人或一只貓，這個過程就是他所攜帶的基因表達的過程，基因其實就是藏在細胞中的DNA，基因通過表達生成活性蛋白質，而這些蛋白質構成了我們的各個器官，我們的身體發膚。

　　如下圖所示，基因的表達，是將DNA上的信息轉錄到一種叫核糖體的物質上，這個物質就是最初的信使RNA（mRNA），但這些轉錄過來的信息并不能全都表達出來，不能表達的部分被稱為內含子，這個時候就要讓剪接體登場了，它的作用是將這些內含子剪下來，使那些能表達出來的片段連在一起，形成成熟的信使RNA，信使RNA的所攜帶的信息經過翻譯表達，最終生成蛋白質。如果沒有剪接體，基因的表達就不能順利進行。

　　剪接體在基因表達中的作用重大，了解它的結構和工作機理不僅可以對生命本身，也對一些遺傳性疾病增加了解和把握，之前也有許多科學家為了得到剪接體的結構而努力，但因其形態多變，成分復雜，一直未果。這一問題甚至被稱為“世界難題”。

　　世界難題被解，冷凍電鏡幫大忙

　　為什么研究多年的世界難題會被施一公團隊解開？施一公教授在接受采訪時說：“如果沒有冷凍電鏡技術，就完全不可能得到剪接體近原子水平的分辨率。”

　　中國科學院生物物理所研究員朱平曾在接受媒體采訪時表示，冷凍電鏡技術是結構生物學研究的利器。冷凍電鏡就是應用冷凍固定技術，使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術。這里提到兩個問題，一是冷凍固定技術，二是顯微技術，最后要得出圖像數據，還需要數據收集和處理的技術。

　　究竟這次科學實驗中用到的冷凍電鏡技術是何方神器？它是如何構建出剪接體的三維結構的？首先，科研人員要選好樣品，并在高壓冷凍儀（如圖一）中進行冷凍制樣。“冷凍電鏡中的冷凍技術可以瞬間冷凍樣品，并在冷凍狀態下保持和轉移，使樣品最大限度保持原來性狀，得出的數據更準確，實驗成功率才更高。”中科院遺傳發育所研究員姜韜告訴記者。

　　高壓冷凍儀

　　高壓冷凍儀

　　然后科研人員要把凍好的樣品放在電子顯微鏡的樣品放置處，就可以進行觀察了。施一公團隊科研所用的電子顯微鏡屬于世界尖端儀器，是美國FEI公司研發的Titan Krios（如圖二），它被包裹在一個“小房間”里，科學家需要通過計算機遠程控制操作來觀察。據中科院生物物理所研究員孫飛介紹，這樣做可以防磁防震，保證儀器的精密。