低温电子显微镜突破了原子分辨率的障碍

如果你想绘制蛋白质的最小部分，你只有几个选择：你可以哄骗数百万个单独的蛋白质分子排列成晶体，然后用x射线结晶学对它们进行分析。或者你可以快速冻结蛋白质的拷贝，然后用电子轰击它们，这是一种被称为冷冻电子显微镜(Cryo-EM)的较低分辨率的方法。现在，科学家们首次将低温电子显微镜的分辨率提高到原子水平，使他们能够精确定位各种蛋白质中单个原子的位置，其分辨率可与X射线结晶学相媲美。

密歇根大学安娜堡分校(University of Michigan，Ann Arbor)的低温EM专家梅勒妮·欧希(Melanie Ohi)说：“这真是令人惊叹。”“看到这个层次的细节，真是太美了。”由于提高的分辨率准确地揭示了复杂的细胞机器是如何完成它们的工作的，低温EM的改进应该会产生对生物学的无数新见解。

为了绘制蛋白质结构图，自20世纪50年代末以来，科学家们一直在使用X射线结晶学。通过用X射线轰击结晶的蛋白质，并分析X射线反弹的方式，科学家们可以计算出蛋白质可能的组成和形状。几十年来对X射线束、探测器和计算机能力的改进使这种方法变得快速而准确。但是，当蛋白质特别大，在核糖体等复合体中工作，或者不能结晶时，这种方法就不能很好地发挥作用，就像许多位于细胞膜中的蛋白质一样。

相比之下，研究人员使用低温电磁发射电子到不需要结晶的冷冻蛋白质副本上；探测器记录电子的偏转，复杂的软件将图像缝合在一起，计算出蛋白质的组成和形状。日本的研究人员此前曾表示，他们可以将分辨率缩小到1.54埃-还没有达到区分单个原子的程度-一种名为载铁蛋白的肠道蛋白质，它结合和储存铁。现在，在电子束技术、探测器和软件的改进的帮助下，来自英国和德国的两组研究人员已经将这一范围缩小到1.25埃或更高，足够锐利，足以计算出单个原子的位置，他们今天在《自然》杂志上报道。

增强的分辨率可能会加速结构生物学家已经在向低温EM的转变。目前，这项技术只对异常刚性的蛋白质起作用。下一步，研究人员将努力用不那么僵硬的大型蛋白质复合体(如剪接体)实现类似的清晰分辨率，剪接体是蛋白质和RNA分子的大型复合体，它从注定要转化为蛋白质的RNA中剪下“内含子”。