終極冷凍圖像

邁克爾·格雷什科

上圖這個五彩繽紛的彩球肉眼看不到，卻又不可思議。這個生動的模型其實是一個顏色編碼的寨卡病毒，這句話末尾的句號這么大的面積就放得下幾百萬個寨卡病毒。

我們能在這里看到這種病毒，得益于冷凍電子顯微鏡（cryo-EM），這種成像技術簡直太棒了，科學家們能夠借助它看到分子，研究生命體的細胞機制也變得更加容易。

冷凍電子顯微鏡的工作原理是，向一個含有特定分子的速凍水薄膜發射電子束，這種“照射”會從不同角度生成許多該分子的二維圖像，再通過計算將這些二維圖像合成一個三維模型。冷凍電子顯微鏡誕生之初，獲得的分子圖像是模糊不清的團塊，所以有人將其與不太常用的高分辨率成像技術——X射線晶體學進行對比，譏諷它是“不成形學”，因而棄之不用。但是在2013年，冷凍電子顯微鏡的分辨率首次達到了原子級。

“我不太確定我們能否將冷凍電子顯微鏡的分辨率提升到原子級;就在10年以前我對此還持懷疑態度。”哥倫比亞大學生物物理學家喬基姆·弗蘭克說，弗蘭克因協助改進了冷凍電子顯微鏡而共同獲得了2017年的諾貝爾化學獎。現在人們可以清晰地看到蛋白質結成塊的過程，就如同珠子一個一個地串在線上。

借助冷凍電子顯微鏡，我們能夠看到分布在細胞膜上的蛋白質，甚至能夠在藥物分子附著在目標物上時將其“拍攝”下來。誰知道生物化學領域的這次變革會怎樣發展下去呢？“我很興奮，”弗蘭克說。

冷凍電子顯微鏡曾被嘲諷為“不成形學”，但它成像分辨率低的日子已經過去。近年來，冷凍電子顯微鏡圖像已經從模糊的團塊（如上圖紫色物體的左半部分）轉變為能夠呈現單個原子的模型（如上圖紫色物體的右半部分及本頁上方的寨卡病毒）。