生物学射线仪

X射线晶体学技术是人们了解原子世界的利器，人们通过这一技术获得了许多重要的生物学结构。在晶体学技术百年诞辰之际，Cell杂志发表了清华大学施一公教授的前沿文章。这篇综述性文章全面介绍了X射线晶体学技术和结构生物学的历史和现状，读者现在可以在Cell网站免费获取全文。 　　1914年，德国科学家Max von Laue因为发现晶体中的X射线衍射现象，获得了诺贝尔物理学奖，这一发现直接催生了X射线晶体学。从那以后，研究者们用这一衍射技术解析了大量复杂分子的晶体结构，从简单的矿物、高科技材料(如石墨烯)到病毒等生物学结构。 　　自1957年确定了肌红蛋白的结构以来，X射线晶体学技术就成为了结构生物学的重要工具，为人们不断揭示生命的奥秘。这一技术不仅增进了我们对细胞的认识，还大大推动了现代医学的发展。 　　这篇文章首先从结构生物学的角度，回顾了X射线晶体学技术的发展简史。随后，施一公教授以蛋白激酶和膜整合蛋白为例，阐述了结构生物学的发展和现状，探讨了技术发展带来的影响并对未来进行了展望。 　　作者简介： 　　施一公，世界着名的结构生物学家，美国双院外籍院士，中国科学院院士。曾是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身教授和讲席教授。 　　2008年2月至今，受聘清华大学教授 2009年9月28日起，任清华大学生命科学学院院长。获2010年赛克勒国际生物物理学奖。2013年4月当选美国艺术与科学院外籍院士、美国科学院外籍院士。2013年12月19日，施一公当选中国科学院院士。2014年4月2日，施一公获爱明诺夫奖，成为获此奖项的第一位中国人。该奖为国际知名奖项，由瑞典国王亲自颁发。 　　主要科研领域与方向：主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究 　　推荐阅读 　　英文全文下载：A Glimpse of Structural Biology throughX-Ray Crystallography

安捷伦科技推出用于结构生物学应用的新一代 X 射线衍射仪 2012 年 7 月 30日，北京&mdash 安捷伦科技公司（纽约证交所： A）在波士顿召开的美国晶体学协会年会上发布了 GV1000 X 射线单晶衍射仪。 这一革命性的新一代仪器将用于收集生物大分子晶体样品的高质量衍射数据。 GV1000 配备了体积紧凑且高亮度的 X 射线源，采用创新的梯度真空技术，使得该款仪器不仅稳定可靠，而且使用简单。 GV1000 结合了安捷伦高精度四圆测角仪以及高性能 CCD 检测器，是满足现代大分子晶体学实验室极具挑战性需求的理想解决方案。 大分子晶体学是研究蛋白质和核酸分子（这两种物质是生物体的重要成分）原子级别结构的学科。 在制药行业的新药研发中，这门学科也扮演着重要的角色。 安捷伦 X 射线衍射产品线总经理 Leigh Rees 博士说：&ldquo 有了 GV1000，我们可以将产品系列扩展到高端的蛋白质晶体学中。 相比于竞争产品－旋转阳极系统，梯度真空系统GV1000具有许多显著优势，终将成为应用于蛋白质晶体学和其它晶体学研究的尖端实验室系统。&rdquo GV1000 是安捷伦正在扩展的 X 射线晶体学产品系列中性能最高的单波长系统。 GV1000的研发得益于安捷伦为所有X 射线单晶衍射应用提供创新性解决方案的专业技术。 安捷伦所有用于 X 射线晶体测量仪器的主要部件的设计和制造都有 20 年以上的历史。 要了解更多信息，请访问 www.agilent.com/lifesciences/GV1000 。 关于安捷伦科技 安捷伦科技公司（纽约证交所： A）是全球领先的测量公司，同时也是化学分析、生命科学、电子和通信领域的技术领导者。 公司的 20,000 名员工为 100 多个国家的客户提供服务。 在 2011 财政年度，安捷伦的业务净收入为66 亿美元。要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com.cn 。

从一类技术角度来说，直接和间接获得诺贝尔奖的技术非结构生物学莫属。经过半个多世纪的耕耘，这一技术现在到了快速收割的季节。现在代表结构生物学技术的多种技术正在走向整合，但整合技术仍然需要进一步推动和推广。 　　上世纪50年代，开文迪许实验室M.Perutz J.Kendrew用X-射线晶体衍射技术获得了球蛋白结构。X射线晶体衍射技术的应用，使人们可在晶体水平研究大分子的结构，在分子原子基础上解释了大分子。1962年，Waston和 Crick因基于结构生物学技术的研究结果发现了DNA双螺旋结构获得了诺贝尔生理学与医学奖，M.Pertt和J.Kendrew获得了同年的诺贝尔化学奖。 　　60-70年代，开文迪许实验室又发展了电子晶体学技术，研究对象主要是有序、对称性高的生物体系，如二维晶体和高对称性三维晶体。70-80年代，多维核磁共振波谱学使研究水溶液中生物大分子成为可能，溶液中生物大分子更接近于生理状态。 　　80年代，冷冻电子显微镜出现，这种技术不仅能够研究生物大分子在晶体状态和溶液状态的结构，且能够研究研究复杂大分子体系和超分子体系，如核糖体、病毒、溶酶体和线粒体等。 　　杂交或整合方法把多种结构生物学方法结合在一起，大大推动了结构生物学的研究。荧光能量共振转移(FRET)是20世纪初发现的，随着绿色荧光蛋白应用技术的发展，FRET已经成为检测活体中生物大分子纳米级距离和纳米级距离变化的有力工具，在生物大分子相互作用分析、细胞生理研究、免疫分析等方面有着广泛的应用。 　　冷冻电子显微镜技术通过快速冷冻的方法进行固定的，克服了因化学固定、染色、金属镀膜等过程对样品构象的影响，更加接近样品的生活状态。研究对象非常广泛，包括病毒、膜蛋白、肌丝、蛋白质核苷酸复合体、亚细胞器等等。所研究的生物样品既可具有二维晶体结构，也可是非晶体。由于对于样品分子量没有限制，突破了X-射线晶体学只能研究三维晶体样品和核磁共振波谱学只能研究小分子量样品的限制。计算机技术则可以将各种信息进行整合，从而可以获得接近真实的三维分子模拟数据。 　　现在结构生物学研究越来越多地依赖这种整合技术。2012年加州大学Andrej Sali等解析了26S蛋白酶体的结构。这种结构在许多神经退行性疾病的神经细胞都存在异常。现在科学家正利用这种结构作为模型开发能调节蛋白酶体活性的药物。今年另外一个小组利用整合技术分析决定感染细胞的艾滋病蛋白结构，利用这种结构开发治疗艾滋病的药物。整合技术也被用在解析核糖体结构。核糖体是细胞制造蛋白质的细胞器，是实现基因表达的关键机构。 　　目前的蛋白数据库存在一些问题，如这些数据主要依靠晶体结构数据，缺乏对其他相关数据的整合，这一问题给结构生物学领域提出要求应该大力推动整合技术的发展。10月6-7日，由4个机构组织了一次整合结构生物学培训班，以推动结构生物学技术的扩展和引领大家将结构和疾病结合起来研究。 　　参加学习的大部分学员都支持应该采用标准模式描述多方面的数据，这有利于其他学者整合和利用这些数据。但由于结构数据往往十分巨大，如何有效储存和获取这些数据仍然存在一些问题。会议结束时达成一项共识，将申请经费构建一种&ldquo 分子机器&rdquo 数据库中心。 　　欧洲分子生物学实验室细胞生物学家Jan Ellenberg说，获取全部分子结构的数据是结构生物学的目标，这个愿望或许能在10或20年后实现。 　　原文检索： 　　Ewen Callaway. Data bank struggles as protein imaging ups its game. Nature, 22 October 2014 doi:10.1038/514416a

转载自Knowable Magazine "Structural biology: How proteins got their close-up"前言从细菌到人类，所有的生物都由细胞组成。细胞由四种大型生物分子构成：碳水化合物、脂肪、核酸（即DNA和RNA）和蛋白质。这些生命的重要组成部分小到肉眼无法观测，甚至用光学显微镜也难以成像。因此，尽管19世纪的科学家们知晓这些"隐形"分子的存在，也能够通过实验找出它们的化学成分，但科学家们却看不到它们：这些分子结构的任何细节始终是个谜题。这就是今天的主题：这些"隐形"分子是如何在20世纪被人们成功观测到的。 "许多基础的生物问题是非常容易解决的：只要能看到它们就行！" —理查德• 费曼这是一个漫长而艰辛的故事：关于开发能够解析生物分子结构的工具和技术，以及对这些分子结构的解析如何使我们能够理解它们的功能，并设计出阻止或加强其作用的药物。为了讲述这个故事，我们将重点放在蛋白质上：这些大分子参与了我们身体中几乎所有的化学过程：它们解读遗传密码、催化化学反应、并充当我们细胞的守门员。蛋白质由名为氨基酸的小分子链构成。了解这些链如何折叠成三维结构至关重要，因为正是蛋白质的三维形态决定了它们的功能。若要创建一个准确的蛋白质三维模型，我们需要知道组成该蛋白质的所有氨基酸中的所有原子在空间中的排列。 我们无法看到原子，因为它们比可见光的波长还要小。 为了探测这些原子，我们需要一种波长更短且穿透性极佳的波：这种波使我们能够同时对蛋白质内部和外部的原子进行观测。因此，今天的故事开始于德国的维尔茨堡大学城。在那里，伦琴发现了X射线。X射线的发现那是1895年，威廉• 伦琴正在实验室里工作。像他那一代的许多物理学家一样，他正在做阴极射线的实验：在一个叫做克鲁克司管的设备中产生的电子流。但与他同时代的人不同的是，伦琴注意到了一些意想不到的事情：离克鲁克司管相当远的一个屏幕在发光。伦琴认为，那个屏幕太远了，发光绝不可能是由阴极射线引起的。在接下来的几周里，他研究了这种发光的荧光，并意识到他发现了一种能够穿透固体物体的新型射线。 就在圣诞节前，他把他的妻子带到实验室，给她的手拍了一张照片。 在照片中，她的血肉消失了，但骨头和戒指都清晰可见。威廉• 伦琴因发现X射线于1901年获首届诺贝尔物理奖关于他的发现，伦琴写了一份的报告。1896年初，一份英文译本发表了在《自然》杂志上。"我们看到，一些剂能够穿透对紫外线、阳光或弧光不透明的黑色纸板。所以，研究其他物体能在多大程度上被同一个剂穿透是很有意义的。"该报告继续说道："厚的木块仍然是透明的。两三厘米厚的松木板只吸收了很少的光线。一块15毫米厚的铝板仍然能够让X射线通过，但大大减少了发出的荧光。"伦琴的发现立即产生了影响。在几个月内，医生们就开始用X射线来拍摄骨折。人们为X射线写诗，奇妙的X射线也成为各大展览中的热点。1901年，伦琴因其发现被授予第一个诺贝尔物理学奖：这是本故事中授予科学家们的众多诺贝尔奖中的第一个。与此同时，在实验室里，物理学家们对X射线的性质感到困惑。它们究竟是波还是粒子？另一位德国物理学家马克斯• 冯• 劳厄推断，如果X射线是波，那么它们的波长可能与晶体中原子之间的规则空间相似，从而提供一种破译晶体结构的方法。马克斯• 冯• 劳厄因发现晶体中X射线的衍射现象获得1914年诺贝尔物理学奖这是一个非常重要的推断，它启蒙了X射线晶体学的发展，这种技术最终将使科学家们能够弄清蛋白质结晶的结构，但走到这一步却花了几十年。起初，X射线晶体学被应用于更小的分子。而在这之前，弄清楚该技术的原理也花费了很长的时间。X射线晶体学时代1912年夏天，数学家和物理学家威廉• 亨利• 布拉格和他的儿子，另一位物理学家劳伦斯• 布拉格在英国的海边度假时听闻了冯• 劳厄的一个讲座。 假期结束后，父子俩回到他们的大学，思考晶体对X射线的衍射问题。那年晚些时候，老布拉格给《自然》杂志写信。 他首先描述了通过发射X射线获得的显著效果。"...细小的X射线流在通过晶体后并被发射到照相板时，有了显著效果。在照相板上发现了一种奇怪的斑点排列，其中一些斑点与中心斑点相距甚远，以至于它们必须被解释为大角度的散射....."这些是被晶体中的原子散射的X射线，在胶片上形成了一个独特的斑点图案。"这些斑点的位置似乎取决于简单的数字关系，以及晶体对入射流的呈现方式。我发现，当晶体（锌闪石）被放置到入射光线平行于晶体中立方体的边缘时，斑点的位置可以通过以下简单规则预测。假设原子以矩形方式排列，相邻原子产生的斑点距离为NA，其中A是相邻原子之间的距离，而N是一个整数......"闪锌矿的X射线衍射照片布拉格父子找到的数学规则提供了一种解释X射线产生的衍射图案的方法，从而揭示了晶体中原子的排列。老布拉格设计了一种新的、更强大的方法来进行X射线衍射，发明了一种叫做X射线光谱仪的仪器。1914年，冯• 劳埃因其工作获得了诺贝尔奖。第二年，布拉格父子也得到了诺贝尔奖。当时只有25岁的小布拉格目前仍是最年轻的诺贝尔奖科学得主。布拉格父子的布拉格定律使科学家能够解析各种晶体的原子结构获1915年诺贝尔物理奖起初，布拉格的方法被应用于简单物质，如食盐、苯和糖分子，揭示了它们结构的秘密。许多科学家对像蛋白质结构这样复杂的东西能否用这种方法解析持怀疑态度。1936年，《生物化学年度评论》中讨论了X射线研究的进展。DOI: 10.1146/annurev.bi.05.070136.000431"对于像糖和氨基酸这样的晶体物质，晶体内分子和原子的排列是能被完全解析的；但对于像多糖和蛋白质这样的物质，其中原子的排列不太规则，同时缺乏共同的晶体外观，我们不能指望完全解析它们。"但几年后，即1939年，有人提出了一个更乐观的观点：作者指出，像X射线晶体学这样的技术，正在深刻地改变生物学。 当作者考虑到各种可能性时，他似乎相当兴奋。DOI: 10.1146/annurev.bi.08.070139.000553"生物学迅速成为了一门分子科学，站在物理学和化学的肩膀上，生物学的前景广阔，人们迫切地想知道生物学会将人类带向何方。生物分子的结构成为了学界的主流追求。这些分子中最重要的是蛋白质，而蛋白质的结构解析也是最激动人心的。"为了解决蛋白质问题，需要取得一些进展：寻找更好的蛋白质结晶方法，并用新的数学方法解析X射线的衍射图案；以及用计算机计算数据。 英国剑桥的科学家们正致力于应对所有这些挑战。1953年，X射线晶体学获得了巨大突破：它被用于解析一个极其重要的结构， 并不是蛋白质，而是DNA，詹姆斯• 沃森、弗朗西斯• 克里克和莫里斯• 威尔金斯为此获得了诺贝尔奖。因解析DNA分子结构，以及一些相关研究获1962年诺贝尔生理学或医学奖的三位得主约翰• 肯德鲁是沃森和克里克在剑桥的同事，作为一位非常积极的研究人员，他下决心解析肌红蛋白的结构。 肌红蛋白是在肌肉中储存氧的蛋白质。肯德鲁选择它的原因是尺寸：肌红蛋白并不大。 他的首要任务是培育适合被X射线解析的晶体。在尝试对马、鼠海豚、海豹、海豚、企鹅、乌龟和鲤鱼的肌红蛋白进行结晶后，他终于成功地培育出从抹香鲸肉中提取的肌红蛋白的美丽晶体。 鲸鱼肌肉细胞内部的含氧肌红蛋白（红色）以及肌动蛋白和肌球蛋白纤维（黄色和棕色）。大量的蛋白质结构现在已经被确定，这是一个曾经无法想象的成就--为生命的生物化学提供了关键的见解，也为新型药物设计和其他发明提供了素材。与此同时，肯德鲁的同事马克斯• 佩鲁兹开发了一种向蛋白质分子添加"重"原子的技术。这些重原子并不会改变蛋白质的结构，但它们为比较不同角度的X射线照片提供了一个参考框架。经过多年的工作，肯德鲁仍然不知道肌红蛋白中每一个原子的精确位置，但他拥有了足够的信息，使得他可以制作一个蛋白质的三维模型。 这个模型并不像DNA的双螺旋那样漂亮；它看起来更像一根扭曲的香肠。马克斯• 佩鲁兹(左)与约翰• 肯德鲁(右)，因发现血红蛋白分子结构获1962年诺贝尔化学奖肯德鲁和他的肌红蛋白3D模型就在这个时候，理查德• 亨德森加入了这个小组。直到今天，亨德森仍然在剑桥从事蛋白质结构解析的工作，并以开拓新技术而闻名，我们稍后将听到这些技术。但那时他刚刚毕业，正在寻找一个博士生职位。他还记得从爱丁堡到剑桥参观实验室的情景：理查德• 亨德森(右)冷冻电镜三位开创者之一于2017年获诺贝尔化学奖理查德• 亨德森： "他们有一个开放日，也就是星期六上午，他们周末居然也在工作！而在我去过的其他实验室，科学家都回家了，积极性也不够高。所以我当时就想：“哦，这是个非常好的实验室”。亨德森加入了这个勤奋的剑桥团队。这项工作虽令人激动，但进展极慢。理查德• 亨德森： "在1959年，他们以非常高的分辨率得到了肌红蛋白的结构，1960年这项研究成果发表，之后的五年没有任何其他结构被发表，直到伦敦的皇家研究所发表了溶菌酶。然后在那之后，又过了三年才有了第三个结构。"难以相信科学家们花了这么久的时间，为什么进展如此缓慢？一开始，X射线晶体学家研究的小分子包含不到50个原子，例如苯和糖环。相比之下，肌红蛋白，一种相对较小的蛋白质，包含了超过1000个原子。为了弄清这么多原子的位置，科学家不得不拍摄数百张X光照片，测量每张照片中每个光点的强度，并进行繁琐的计算。这是一个对数据处理的巨大挑战。理查德• 亨德森："在我的博士论文中，我拍摄了大约300张这样的照片，一开始我必须亲自测量它们：我得把胶片放在胶片扫描仪里，一束光沿着一排斑点移动，然后每隔三分钟，就能得到一张印有痕迹的纸，上面可能有40个斑点。这时我需要用尺子在纸上测量斑点被衍射的强度，然后再把这个数字打到电脑纸上。而这仅仅是一排斑点的工作量。"这是非常耗费时间的。研究人员逐渐渴望如何将这一过程的一部分自动化。他们发明了自动的X射线探测器和仪器，以加快斑点的测量。约翰• 肯德鲁意识到，解析一个结构所需的计算可以由计算机来完成。幸运的是，剑桥大学数学实验室刚刚建成了第一批具有存储程序的电子计算机。它们被称为EDSAC，肯德鲁便学习了如何为它们编程。随着更强大的计算机的出现，X射线晶体学家们开始使用借助计算进行结构解析。亨德森回忆说，在20世纪60年代，他们前往伦敦，使用帝国学院的IBM 7090。剑桥大学的团队每天可以使用这台计算机1个小时。最早的两台IBM7090之一理查德• 亨德森 ："于是，每天下午4点，一辆出租车就来了，带着一批研究人员和一箱箱打包好的电脑卡，送到剑桥的火车站。她们上了去伦敦的火车，上了地铁，在南肯辛顿站和帝国学院之间的隧道里带着所有这些沉重的盒子走上大约有一公里。然后从晚上7点到8点，剑桥大学的MRC程序在计算机上运行，操作程序的人大多数是被招募的年轻女性，在当时被我们称为 "计算机女孩"，她们现在都是大师了。在当时，她们做的极其完美：数据会被打印好并带回来。第二天早上9点，每个研究员都会检视他们前一天的数据，并为下午4点的寄送工作做好准备"。罗莎琳• 富兰克林“DNA之母”世界公认的名誉诺奖得主难怪这是个缓慢的工作! 女士们不仅要携带着成箱的数据穿越伦敦，她们还要抽出时间去做X射线晶体学解析。在伦敦国王学院，罗莎琳• 富兰克林制作了DNA的X射线衍射图案。她的照片使沃森和克里克能够制作他们著名的模型。 在牛津，多萝西• 霍奇金解决了青霉素的结构，后来又研究了其他重要的医学分子，包括维生素B12和胰岛素。她于1964年获得了诺贝尔奖，该领域的另一个诺贝尔奖!多萝西• 霍奇金因解析青霉素、维生素B12等结构获1964年诺贝尔化学奖随着更多计算机的出现和计算能力的提高，更多的结构被解决了。计算机的持续进步是另一个主题，我们将回到这里。对结构生物学这一新领域的兴奋之情日渐高昂。一些科学家认为，最终他们甚至不需要X射线晶体学便能弄清蛋白质的结构。"人们甚至希望有一天可以完全从氨基酸序列中推断出构象。"那是在1965年在《生物化学年鉴》上被提出的。 当时的想法是，如果你知道展开的蛋白质链中的氨基酸序列，那么通过遵循原子和分子如何相互作用的简单规则，你可以算出蛋白质链将如何折叠起来。DOI: 10.1146/annurev.bi.34.070165.001335化学家克里斯蒂安• 安芬森在1972年的诺贝尔奖演讲中重复了这一主张。"我们对序列和三维结构之间相关性的大量数据积累，加上多肽链折叠的能量学理论的日益成熟，预测蛋白质构象的想法越来越现实了。"这是一个有吸引力的想法。 如果可以用蛋白质折叠的规则对计算机进行编程，并输入氨基酸序列，那么结构可能在几天而不是几年内得到解决，为昂贵和耗时的实验方法提供一个替代方案。克里斯蒂安• 安芬森因对核糖核酸酶的研究获1972年诺贝尔化学奖但现在还不行。为了实现这样的目标，生物学家首先必须通过使用和改进X射线晶体学来解决更多蛋白质的结构。并通过发明新的方法来观察蛋白质。而这项工作将产生更多的诺贝尔奖。在1999年的最后几周，生物化学家罗杰• 科恩伯格终于抵达了他十多年工作的顶点：他在斯坦福同步辐射实验室成功解析出他一直在研究的蛋白质的结构。罗杰• 科恩伯格因对真核转录的分子基础所作的研究获得2006年诺贝尔化学奖罗杰• 科恩伯格： "一开始的时候，我们远远不清楚是否可以做到。当然，这是让我们从也许永远不会成功的恐惧中解脱出来的原因，也是对最终结果感到振奋的原因。"科恩伯格和他的团队已经解决了RNA聚合酶的结构。 这是一个巨大的成就，并且得到了另一个诺贝尔奖的认可。罗杰• 科恩伯格： "在我们解析这个结构的时候还是20年前，但迄今为止，这依然是通过X射线衍射法研究的最大和最具挑战性的结构。"RNA聚合酶可以说是生物学中最重要的蛋白质。 这是一个挑战，因为它不是一个单一的蛋白质。该团队研究了来自酵母的RNA聚合酶，它实际上是由12种蛋白质组成的。更重要的是，它是一个有活动部件的分子机器。罗杰• 科恩伯格："RNA聚合酶实际上是在读取遗传信息。因此，它负责决定哪些信息将被储存在基因组的DNA中，以指导每个生物的活动能力。简单如病毒，或复杂如人类，没有生物体不依赖RNA聚合酶而生存。"为了解决RNA聚合酶的结构，科恩伯格和他的团队花了数年时间，为他们的蛋白质寻找合适的晶体和 "重 "原子。但这还不够。他们还需要更强烈的X射线束。罗杰• 科恩伯格： "X射线衍射的方法依赖于结构中各个原子的X射线光子散射--原子数量越多，为此必须记录的散射光子数量就越大。 如果光束强度太低，光子的数量就太少了，获得的信息也会因此不足。使用强度较高的光束，可以检测和记录更多的原子"。这一难题的解决方案便是同步加速器。同步加速器是一种粒子加速器，它以极高的速度推动电子束，这些高速电子发出的X射线比传统的X射线要亮几百万倍。它本质上是伦琴发现X射线时使用的克鲁克司管的一个升级版本。来自同步加速器的高强度X射线和不断提高的计算机能力相结合，使得像科恩伯格这样的科学家能够解决更复杂的蛋白质结构。2007年至2019年，当我在《自然》杂志工作时，我们经常对结构生物学论文的数量开玩笑：似乎每周都有一个新的、重要的蛋白质结构发表。但这是有限制的。X射线晶体学仍然很耗时，尽管不像早期那样耗时。 而且一些类型的蛋白质被证明很难或不可能结晶。冷冻电镜时代在世纪之交，一种新的技术进入了人们的视野。或者说，一种新的技术让科学家们对蛋白质有了新的认识。 该技术不使用X射线，而使用电子束。 这就是所谓的冷冻电镜。称之为冷冻，是因为蛋白质样品会被冻结。理查德• 亨德森是最早使用该技术的人之一。ThermoFisher Krios G4 冷冻透射电镜理查德• 亨德森： "当你照射任何东西时，无论是用X射线还是电子，除了得到一个美丽的图像外，分子实际上在被破坏，在一定的曝光后，分子已经失去了它的结构，所以在不得不因照射次数太多而停止之前，能得到的信息量是有限的，因为样品已经失活了。而事实证明，对于同样数量的有用信息，电子所造成的损害要比X射线小一千倍。"对于冷冻电镜，蛋白质不需要是一个晶体。相反，它被从细胞中分离出来，然后冷冻到液氮温度或以下。 冷冻有助于保护蛋白质免受辐射损害。亨德森将该技术应用于嵌入细胞膜的蛋白质。事实证明，这些大型蛋白质复合物极难通过X射线晶体学进行研究。 冷冻电镜变得非常流行。 在2000年代，科学家们谈到了一场 "冷冻电镜革命"，许多人从X射线晶体学转向了这种新的、更快的技术。2017年，理查德-亨德森被授予诺贝尔奖。与X射线晶体学一样，随着计算能力的提高，冷冻电镜成为一个更强大的工具，使更多的数据能够更快地被分析出来。罗杰• 科恩伯格："我们不能低估计算能力的非凡进步所做出的贡献。从这个角度来看，就RNA聚合酶而言，当我们在1999年底记录RNA聚合酶的X射线衍射以解决其结构时，需要在制造商提供给我们的特制计算机上进行一个多月的计算。今天，同样的计算可以在几分钟内在一台笔记本电脑上完成"。计算机一直是X射线晶体学和冷冻电镜成功的关键。 现在我们是否可以完全摒弃这些实验技术，而仅仅使用计算能力来预测蛋白质的结构？还记得克里斯蒂安• 安芬森在其诺贝尔演讲中提出的挑战吗？"...使预测蛋白质构象的想法更加现实。"AlphaFold的盛大登场为了预测一串氨基酸将如何折叠起来，科学家们使用了一个叫做"自由能"的概念。自由能使蛋白质不稳定。我们的想法是，氨基酸将以这样一种方式折叠起来，以使自由能最小化。理查德• 亨德森: "你可以通过能量最小化来做结构，最多可达60或70个氨基酸。所以美国西雅图的大卫• 贝克小组在这方面做得特别好。但是一旦你想尝试1000个氨基酸左右的蛋白质，答案就会迅速变得遥不可及。"因此，这项技术对于弄清一个蛋白质的一小部分，也许是一个重要的侧链，是有效的。但是对于有数百或数千个氨基酸的整个蛋白质，科学家们采用了不同的方法。他们并不是要求计算机从第一原理中找出结构，而是利用已知的蛋白质结构数据库训练一种算法。 这就是谷歌的人工智能实验室最近所做的，他们的蛋白质预测算法AlphaFold在2020年的一次比赛中超过了所有其他的算法。罗杰• 科恩伯格："AlphaFold的基础确实来自于蛋白质结晶学的悠久历史和它的巨大成功，以及已经解析并存入蛋白质数据库的巨量的结构。AlphaFold的不同之处可能在于，其公司背景下大量的人工智能专家，这远远超出了任何个人学术研究者所能做到的，他们所拥有的计算能力，来自于分布在全球各地的顶级计算中心。从某种程度上说，他们除了将他们所拥有的资源用于解决一个经过充分研究的、现在看来已经解决的问题之外，也没做太多贡献嘛。科恩伯格当然认识到像AlphaFold这样的蛋白质预测程序在预测非常多的蛋白质结构方面的潜力，包括那些以前没有被解决的蛋白质。罗杰• 科恩伯格： "而如果预测的数量足够多，那么AlphaFold对生命科学，尤其是生物学的影响是深远的。"

p 　　1st International Symposium on Radiation Therapeutics and Biology(isRTB-2017) /p p 　　第一届放射治疗及其生物学基础国际研讨会 /p p 　　第一届放射治疗及其生物学基础国际研讨会(International Symposium on Radiation Therapeutics and Biology, isRTB-2017)将于2017年10月30日-11月1日在深圳大学召开。放射治疗及其生物学基础国际研讨会是由深圳大学医学部、日本京都大学放射生物学中心、中国医学科学院深圳肿瘤医院、罗格斯大学放射肿瘤系、深圳大学卡尔森国际肿瘤中心和肿瘤干细胞免疫疗法创新团队(深圳市孔雀团队)共同主办，北京遍吉科技有限公司和上海天侠生物科技有限公司承办，旨在推动肿瘤放射学及其生物学基础的研究进展，为我国学者和国际主流研究机构提供交流平台。 /p p 　　★ /p p 　　主办单位 /p p 　　深圳大学医学部 /p p 　　日本京都大学放射生物学中心 /p p 　　中国医学科学院深圳肿瘤医院 /p p 　　罗格斯大学放射肿瘤系 /p p 　　深圳大学卡尔森国际肿瘤中心 /p p 　　肿瘤干细胞免疫疗法创新团队(深圳市孔雀团队) /p p 　　承办单位 /p p 　　北京遍吉科技有限公司 /p p 　　上海天侠生物科技有限公司 /p p 　　媒体支持 /p p 　　仪器信息网 中国生物器材网 中国生物技术网 来宝网 生物360 /p p 　　序说DNA Speaking 科学网 活动家 今日科学 /p p 　　艾会网 全球医学会展网 生物探索 生技网 /p p 　　样本库第一资讯 科学秀 /p p 　　★大会共同主席 /p p 　　朱卫国：深圳大学医学部主任、医学院院长国家杰出青年基金获得者，国家自然科学基金委创新群体研究项目首席科学家。 /p p 　　王绿化：中国医学科学院深圳肿瘤医院院长，中华医学会放射肿瘤治疗学分会主席。 /p p 　　Bruce Haffty：新泽西罗格斯肿瘤研究所放射肿瘤学系教授，美国放射肿瘤治疗学会前任主席。 /p p 　　Dennis Carson：美国科学院院士，中组部顶尖千人，深圳大学卡尔森国际肿瘤中心主任。 /p p 　　大会组织者 /p p 　　许兴智：深圳大学医学部特聘教授，深圳大学医学院副院长。 /p p 　　原田浩：京都大学放射线生物研究中心教授。 /p p 　　任骅：中国医学科学院肿瘤医院教授。 /p p 　　Sharda Kohli：罗格斯大学罗伯特· 乌德· 约翰逊医学院放射肿瘤系行政主任。 /p p 　　主旨报告嘉宾 /p p 　　Bruce Haffty：医学博士，教授新泽西罗格斯肿瘤研究所放射肿瘤学系教授，美国放射肿瘤治疗学会前任主席。 /p p 　　王绿化：医学博士，教授中国医学科学院深圳肿瘤医院院长，中华医学会放射肿瘤治疗学分会主席。 /p p 　　Thomas Kipps：医学博士，加利福尼亚大学圣地亚哥分校穆尔斯癌症中心教授。 /p p 　　李晔雄：医学博士，教授中国医学科学院肿瘤医院放射治疗科主任，中华医学会放射肿瘤治疗学分会前任主席。 /p p 　　报告嘉宾 /p p 　　Tetsuo Akimoto (Japan) /p p 　　Edouard Azzam (USA) /p p 　　Shen Fu (China) /p p 　　Chandan Guha (USA) /p p 　　Hiroshi Harada (Japan) /p p 　　Jun Ma (China) /p p 　　Masahiko Miura (Japan) /p p 　　Kiyoshi Miyagawa (Japan) /p p 　　Rahul Parikh (USA) /p p 　　Atsushi Shibata (Japan) /p p 　　Minoru Takata (Japan) /p p 　　Ye Tian (China) /p p 　　Fen Xia (USA) /p p 　　Daxin Zhang (China) /p p 　　Shichuang Zhang (China) /p p 　　Hai-Qiang Mai (China) /p p 　　会议概况1、会议时间：2017年10月30日-2017年11月1日 /p p 　　报到时间：10月30日全天 /p p 　　2、会议地点：深圳大学科技楼报告厅 2 /p p 　　报到地点：深圳圣淘沙酒店-桃园店 /p p 　　地址：桃园路与南光路交汇处田厦国际中心金牛广场B座 /p p 　　电话：0755-26039888 /p p 　　http://ty.sentosahotel.cn/ /p p 　　墙报要求 /p p 　　主题： Intrinsic radiation sensitivity of cancer stem cells. Tumor-host interaction and immunological modulation of radiation therapy. Effects of high LET radiation and therapy. Radiation-induced DNA damage and repair. Tumor hypoxia and regrowth in radiation therapy. Molecularly targeted modulators of radiotherapy. /p p 　　本次会议采用英文投稿，将从提交的摘要中选出3篇做口头报告，会议期间将评选5篇给予奖励($200/篇)。 /p p 　　1. 注册并支付会议注册费后方可提交摘要， 每人仅限一篇，但可作为另一摘要的共同作者。 /p p 　　2. MS Word排版(A4, Times New Roman，页边距3cm，1.5倍行距)，500字以内，包括标题，作者，单位和致谢(如果有的话)，标题16号字、作者单位等10号字、摘要12号字。 /p p 　　3. 摘要以电子邮件形式发送至qiuwy1006@szu.edu.cn，1-2个工作日内回复确认，如超过3天仍未收到确认，请尽快联系该邮箱。 /p p 　　4. 挑选工作将在摘要提交后2-3周进行，届时将会以电子邮件通知是否被选中参加口头报告或墙报展示。 /p p 　　5. 注意：参与者需自行打印墙报。墙报尺寸A0。 /p p 　　墙报递交截止时间：2017年10月15日 /p p 　　会议费用 1. 会议注册费 /p p 　　(1)提前注册(2017年10月15日以前) /p p 　　学生和博士后代表：1000元 其他参会代表：1500元 /p p 　　(2)现场注册(2017年10月30日至31日08:30) /p p 　　学生和博士后代表：1200元 其他参会代表：1700元 /p p 　　(3)会议注册网址 /p p 　　http://med.szu.edu.cn/webform2.aspx?workcategoryid=2& amp customformid=105 /p p 　　2、住宿费 /p p 　　会务组将为9月30日之前注册的人员提供酒店预定服务，费用自理。 /p p 　　仅限深圳新桃园酒店(桃园店) /p p 　　地址：深圳南山区桃园东路10号 /p p 　　电话：0755-26493388 /p p 　　具体申请流程请参考会议网站： /p p 　　http://med.szu.edu.cn/Category_566/Index.aspx。 /p p 　　3、缴费方式 /p p 　　(1)银行汇款 /p p 　　账户名：上海天侠生物科技有限公司 /p p 　　开户行：中国工商银行股份有限公司上海市桂平路支行 /p p 　　账号：1001014809000009969 /p p 　　(2)线上支付(微信扫码支付) /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/noimg/f756b918-20a6-4e96-adc2-d5ead76d59e7.jpg" title=" 640.webp (1).jpg" / /p p 　　(3)现场缴费 /p p 　　(备注：付款时请注明“isRTB2017 +姓名”) /p p br/ /p

在近代生物学发展史上，有一个问题逐渐占据了科学家的视野：蛋白质、核酸、多糖… … 这些构成生命活动基础的大分子的微观结构是什么样的？解决这个问题满足的不仅仅是科学家们的好奇心，更重要的是对结构的认知将极大地帮助人类在分子层面理解复杂的生命活动，并据此设计出阻止或加强其作用的药物，特别是基于蛋白质结构的药物研发。我们现在知道目前解析生物大分子结构的主流实验手段是X射线晶体学和冷冻电镜，而AI又与这两种手段相辅相成。但在生物学发展早期，我们只能推测大分子的成分，窥见它们精巧而严密的运作机制，但对它们的结构细节一无所知，而结构的未知又影响了人类理解它们的功能。诺贝尔奖获得者费曼曾经半开玩笑地说：“许多基础的生物问题是非常容易解决的：只要能看到它们就行！"然而观测这些微小的分子以及它们那更加微小和复杂的空间结构谈何容易，实际上，这个问题直到今天也不能称得上完全解决。但几十年来，科学家们为此付出了巨大的努力并取得了可观的成果，并最终形成了结构生物学。这是一个漫长而艰难的故事，但也不乏有趣之处。01X射线晶体学的得与失1895年，威廉伦琴发现了X射线。这种具有穿透性的电磁波是19世纪最重要的物理学发现之一，对许多领域和学科都产生了深远的影响，不过这不是本文要讨论的重点，我们直接来看X射线是如何影响甚至可以说奠定了近代结构生物学的发展的。简单来说，人们发现极细的X射线流在穿过化合物晶体后，会在照相板呈现出一些具有规律的衍射图案，这些衍射图案是否有可能反映出了晶体的原子排列规律呢？经过几十年的探索，科学家们终于找到了通过数学规则，利用X射线衍射图案来推算晶体中原子排列的方法。这一技术，使得制备晶体→X射线衍射→推算结构的解析大分子结构的方式成为可能，X射线晶体学的时代开启了。X射线解析蛋白质结构的首例突破是在1960年。约翰与他的同事马克斯佩鲁兹””解析了第一个蛋白质——抹香鲸肌红蛋白的三维结构。与今天科学家们能解析的蛋白结构相比，肌红蛋白的结构较为简单，仅由8条α螺旋组成，且没有4级结构。但在当时，所有人都知道，一个新的时代开启了。蛋白质的折叠方式与空间构象对于蛋白质的功能有着决定性的作用。掌握了蛋白的三维结构，就掌握了开启和关闭蛋白功能的钥匙。在接下来的几十年里，一个又一个重要的蛋白质结构被解析出来，核糖体、肌动蛋白、ATP酶、氧化还原酶、RNA聚合酶… … 结构生物学的黄金时期一直持续到本世纪，以至于2006年诺贝尔化学奖获得者罗杰科恩伯格后来说“2007年至2019年，当我为Nature杂志工作时，我们经常对结构生物学论文的数量开玩笑：似乎每周都有一个新的、重要的蛋白质结构发表。”X射线晶体学并非完美，它的缺陷在这个过程中暴露出来。首先，想要获得一个相对完整的模型，就要获得分辨率足够高的能够得到清晰的X射线“照片”的蛋白晶体，另外，一次X射线穿透获得的是晶体某一角度的衍射图案，这对于计算蛋白质三维结构是远远不够的，需要多角度的几百张甚至成千上万张照片才能构建出一个蛋白质三维结构的雏形，并通过建模和修正得到最终的成品“模型”。这期间的工作量特别是数学部分无疑是巨大的，即使有计算机和更好的X射线设备的辅助计算，X射线晶体学仍然很耗时。还有一个问题是，一些类型的蛋白质被证明很难或不可能结晶，如何进行对于此类蛋白三维结构的探索呢？02冷冻电镜与传统的常温电镜不同，冷冻电镜通过将样品冷冻在一层非晶体的玻璃态冰膜中然后在低温下用电镜成像观察，从而得到结构。这个方法无疑不再对蛋白晶体有硬性要求，可以最大可能的观察到生物大分子的自然状态下。并且，由于样品制备时使用了瞬时冷冻的技术，与X射线晶体衍射学相比，冷冻电镜技术可以瞬时的捕捉到同个样品在不同状态下的近生理构象。不过，虽然这项技术发明得很早，但起初只能对于病毒等较大或具有高度对称性的结构进行解析。因为电镜用于轰击样品的电子具有高能量，无论是生物样品本身还是仪器都难以承受长时间的轰击，而有限次数的曝光得到的图像偏差过大，难以用于精细的结构生物学领域。为了降低电子对样品的损伤，冷冻电镜在低温下，采用了低剂量的图像采集方案，增强图像的信噪比。而近年来，直接电子检测相机的研发和飞速发展的图像处理算法的应用，使得冷冻电镜的分辨率得到了飞跃式的提升，这次分辨率的极大提升，被称为“第一次分辨率革命”。另一方面，随着电镜本身的技术发展，目前已经可以利用冷冻电镜技术观察到原子分辨率的信息，在300 kV冷冻电镜的帮助下，水分子的氢氧原子清晰可见，这就是近年来震撼了冷冻电镜学界的“第二次分辨率革命”。另外，200 kV的冷冻电镜也已经以高分辨解析、多功能用途而广泛安装使用。近年来，冷冻电镜逐渐成为了生物大分子解析的主流手段之一，但是一台冷冻电镜高昂的价格令许多科研工作者或药企研发人员望而却步。而为了使更多的科研工作者能在分辨率革命中受利，在诺贝尔化学奖得主Richard Henderson的呼吁和推动之下，更为“接地气”的100 kV冷冻电镜也被研发出来。100 kV的电镜打破了对于高电压的需求，在电镜整体设计上和相机选择上都以最高性价比的方案进行整合，相比之下较低的价格，使得100 kV的冷冻电镜成为了一台人人都有机会使用的冷冻电镜。03AI的未来？我们在文章最初说过，研究蛋白质和其他大分子的结构是为了了解其功能，并最终转化为改善人类健康和生命质量的应用成果。为了这个目标，科学家们利用X-射线晶体学和冷冻电镜技术解析了一个又一个蛋白的结构，而在无数量变的积累背后，是否有一项科学家们追求的质变存在呢？1965年，《生物化学年鉴》说"人们甚至希望有一天可以完全从氨基酸序列中推断出构象。"1972年，克里斯蒂安安芬森在诺贝尔奖演讲中说："我们对序列和三维结构之间相关性的大量数据积累，加上多肽链折叠的能量学理论的日益成熟，预测蛋白质构象的想法越来越现实了。"利用氨基酸序列直接预测蛋白空间构象是结构生物学家和分子生物学家们很早就有的渴望。虽然在过去的几十年中，科学家们一直致力于在实验室中用X射线或者冷冻电镜解析蛋白质结构，但科学家们并不会把“将一切存在的蛋白质用X-射线或者电子束打一遍”作为最终目标，掌握规律才是人类在科学探索中真正想要追求的东西。而AI的发展引出了这一目标成为现实的可能。经过深度学习的算法已经可以做到通过与已知结构的蛋白序列进行比较来预测目的蛋白的结构。尽管要真正解析未知蛋白的结构还言之过早，但诸如AlphaFold2等软件也的确为结构生物学的研究带来了不少便利。通过AlphaFold2等计算模拟的方法，与以冷冻电镜为代表的实验结构生物学相结合，两者相辅相成，为生物大分子结构解析，特别是药物发现领域带来了巨大的助力。04Structure Based Drug Design (SBDD)随着结构生物学的发展，人们对药物靶标蛋白的结构和功能的关系的了解越来越深入，逐渐形成了基于结构的药物设计策略，Structure Based Drug Design (SBDD)。1995年，罗氏基于SBDD开发了蛋白酶抑制剂Saquinavir，其抗逆转录病毒的功效可以配合其他药物治疗艾滋病。也使得基于结构的药物设计策略的潜力得到证实。之后，各类抗病毒、抗肿瘤、炎症等新药研发成功。时至今日，对靶标结构的认知和功能的预测几乎成为创新药开发中绕不过去的一环，以近年大热的难成药靶点KRAS为例，安进公司通过KRAS G12C突变体的GTP结合位点“口袋”研发出了首款抑制剂，而这只是结构生物学在药物开发中发挥基础作用的无数案例的一个。有越来越多的例子证明，结构中一些亚纳米级别的微小细节变化，为最终的药物成功与否带来了决定性的影响。相信在未来，技术的发展将带人类进一步认知生命活动中那微小而浩瀚，精密且复杂的分子世界，并为药物研发和疾病攻克带来更多启发和帮助。

如果继续发展下去，并且所有技术问题都得到解决，冷冻电镜确实会成为一种占据统治地位的技术，而不仅仅是第一选择。　　在英国剑桥市一座钢结构建筑深处的地下室里，一场大规模的“叛乱”正在上演。　　一个约3米高的庞大金属箱正通过消失在屋顶上的橙色粗电缆，静悄悄地发射兆兆字节的数据。这是全球最先进的冷冻电子显微镜之一：一台利用电子束为冷冻的生物分子成像并揭秘其分子形状的设备。英国医学研究委员会分子生物学实验室(LMB)结构生物学家Sjors Scheres像个矮子一样站在这台价值500万英镑(合770万美元)的设备旁边介绍说，这台显微镜非常敏感，以至于一个叫喊声就能毁掉试验。　　在全球实验室中，类似这样的冷冻电镜正影响着结构生物学领域。过去3年里，它们揭示了制造蛋白的核糖体细节，而这些发现正在以飞快的速度发表于顶级期刊。结构生物学家们毫不夸张地认为，他们的领域正处于一场革命当中：冷冻电镜能快速创建那些抗拒X射线结晶学和其他方法的分子的高分辨率模型。与此同时，利用此前技术获得诺贝尔奖的实验室正争先恐后地学习这种“新贵”方法。　　挑战“王者”　　当1973年生物学家Richard Henderson到LMB研究一种被称为菌视紫红质的蛋白时，利用光能量推动质子穿过细胞膜的X射线结晶学是毫无疑问的“王者”。Henderson和他的同事Nigel Unwin利用这种蛋白制成二维晶体，但它们并不适合X射线衍射。因此，两人决定尝试电子显微镜。　　当时，电子显微镜用于研究被重金属染色剂处理过的病毒或组织切片。一束电子被射向样品，其中挣脱开来的电子被探测到并用于描绘它们所撞入的材料结构。这种方法产生了烟草病菌的首幅清晰图像，但染色剂使观察单个蛋白变得困难，更不用说X射线所能揭示的原子水平上的细节。　　在一个关键步骤中，当Henderson和 Unwin利用电子显微镜对菌视紫红质的晶片进行成像时，他们省略了染色剂，相反把晶体放在金属网格上，以便使蛋白凸显出来。“你能看到蛋白中的原子。”和Unwin在1975年发表了菌视紫红质结构的Henderson介绍说。“这是一个巨大的进步。”美国加州大学旧金山分校细胞生物学家David Agard表示，“这就是说，利用电子显微镜研究蛋白结构将成为可能。”　　冷冻电镜领域在上世纪八九十年代得到发展。一个关键进步是将液态乙烷用于瞬间冻结溶液中的蛋白并使其保持静止。不过，通常情况下，这种技术仍然只能将蛋白结构解析到10埃(1埃相当于1纳米的十分之一)的分辨率——与X射线晶体学超过4埃的模型相比并没有竞争力，并且远远无法满足将这些结构用于药物设计的要求。当诸如美国国立卫生研究院等资助者把上亿美元投资到野心勃勃的晶体学项目时，对冷冻电镜的资助远远落后于此。　　1997年，当Henderson参加关于3D电子显微镜的年度高登研究会议时，一位同事在开幕式上发表了颇有挑衅意味的声明：冷冻电镜是一种“小生境”方法，不可能取代X射线晶体学。不过，Henderson能看到一个不同的未来，并且在随后的演讲中进行了反驳。“当时我说，我们应当让冷冻电镜在全球统治所有结构学方法。”他回忆道。　　革命从此开始　　此后第二年，Henderson、Agard和其他冷冻电镜的狂热支持者有条不紊地实现了各种技术改善，尤其是找到了感知电子的更好方法。在数码相机风靡世界很久之后，很多电子显微镜专家仍然偏好过时的胶片，因为它能比数字传感器更高效地记录电子。不过，和显微镜生产厂商一道，研究人员开发出远超胶片和数码相机探测器的新一代直接电子探测器。　　这些从2012年左右获得应用的探测器，能以每秒几十帧的速率捕捉单一分子的速射图像。与此同时，诸如Scheres等研究人员编写了复杂的软件程序，将上千幅2D图像转变成在很多情况下可与晶体学解析的分子图像质量相媲美的3D模型。　　冷冻电镜适合能忍受电子轰击而不会四处晃动的稳定、大型分子，因此通常由几十个蛋白制成的分子机器是很好的目标。而研究证明，没有什么比由RNA相互缠绕支撑的核糖体更加合适了。通过X射线晶体学解析核糖体结构的方法，让3位化学家获得了2009年诺贝尔化学奖。过去几年里，不同的研究团队迅速发表了来自众多生物体的核糖体冷冻电镜结构，包括首个人类核糖体高分辨率模型。在由分享了2009年诺贝尔奖的Venki Ramakrishnan领导的LMB实验室，X射线晶体学在很大程度上变得无人问津。他认为，对于大型分子来说，“冷冻电镜将大幅取代晶体学技术的预测是可靠的”。　　今年5月，加拿大多伦多大学结构生物学家John Rubinstein和他的同事利用约10万幅冷冻电镜图像，创建了一种名为V-ATPase、形状类似转子的酶的“分子影片”。V-ATPase通过燃烧三磷酸腺苷(ATP)推动质子进出细胞液泡。“我们看到的是一切事情都在灵活进行。”Rubinstein说，“它在弯曲、扭动和变形。”在他看来，这种酶的灵活性能帮助其高效传递ATP释放的能量。　　统治结构生物学领域　　像任何新兴领域一样，冷冻电镜领域也有着成长的烦恼。一些专家担心，竞相利用此项技术的研究人员会产生有问题的结果。2013年发表的一种艾滋病病毒表面蛋白的结构，便受到科学家的质疑。他们认为，用于构建模型的图像是白噪声。从那以后，虽然其他团队产生的X射线和冷冻电镜模型对原始模型提出了挑战，但这些研究人员一直坚守他们的成果。　　今年6月，在高登会议上，想要更多质量控制的研究人员通过一项决议，督促各期刊为审稿人提供关于冷冻电镜结构如何被创建的细节资料。　　成本也会减缓此项技术的扩散。据Scheres估算，LMB每天花费约3000英镑运行其冷冻电镜设备，还要加上1000英镑的电费。大部分电费是由储存和处理图像所需的计算机产生的。“对于很多实验室来说，这是一项很高的开支。”　　为了让冷冻电镜的使用更加便利，一些资助者建立了研究人员能预定时间的共享设备。霍华德休斯医学研究所(HHMI)在其弗吉尼亚州珍利亚农场校区运营着一个对HHMI资助的研究人员开放的冷冻电镜实验室。在英国，由政府和惠康基金会资助的一台全国性冷冻电镜设备，今年在牛津附近的迪德科特开始运行。“人们想要了解冷冻电镜，已成为当下的一股浪潮。”帮助建立上述设备的伦敦大学伯克贝克学院结构生物学家Helen Saibil表示。　　追赶这一浪潮的还有纽约洛克菲勒大学生物物理学家Rod MacKinnon。他因确定了特定离子通道的晶体结构而共同分享了2003年诺贝尔化学奖，但如今却在深入研究冷冻电镜。“我正处在学习曲线的陡坡上，而这总是令我兴奋不已。”MacKinnon希望利用冷冻电镜研究离子通道是如何打开和关闭的。　　当Henderson在1997年反驳说冷冻电镜将统治结构生物学世界时，他或许是在口是心非。但将近20年以后，他的预言已不像当时看上去的那么夸张。“如果继续发展下去，并且所有技术问题都得到解决，冷冻电镜确实会成为一种占据统治地位的技术，而不仅仅是第一选择。”Henderson说，“我们或许已经成功了一半。”

冷冻电子显微学近年来在电子显微镜的硬件设备及结构解析的软件算法等方面取得了多个重要的技术突破, 正在成为结构生物学研究的重要技术手段, 为越来越多的生物学研究者所重视. 冷冻电子显微学的技术特点决定了它所具备的一些独特优势和发展方向, 同时作为一个正在迅速发展的科学技术领域, 需要多学科的交叉促进. 　　近期来自清华大学生科院的王宏伟发文介绍了冷冻电子显微学的研究现状及面临的技术挑战, 并提出未来可能实现结构生物学与细胞生物学不同尺度的研究在冷冻电子显微学技术上融合的新方法. 　　结构生物学是 20 世纪后半叶, 尤其是在 80~90年代蓬勃发展起来的重要学科. 通过对生物大分子(蛋白质、核酸及其复合体)的三维空间结构的测定, 结构生物学可以在微观尺度上精确地描述复杂生物大分子的形状, 原子与分子组合方式, 及其表面带电、亲疏水等物理性质, 从而为生物大分子发挥生物学功能的机理提供关键的解释. 进入 21 世纪以来, 结构生物学研究的技术手段日益成熟, 在现代生物学研究的各个分支领域中均发挥着重要的作用. 至今为止, 国际蛋白质结构数据库中的结构数据已经超过 100000, 其中绝大部分结构由 X 射线晶体学及核磁共振波谱学解析而来. 　　近年来, 技术的进步使得结构生物学新的研究手段取得了长足的进展. 2013 年 12 月份发表在Nature 上的利用冷冻电子显微学解析获得 TRPV1 原子分辨率结构的两篇文章, 在结构生物学领域造成了巨大的反响. 美国加州大学旧金山分校的程亦凡研究组与 Julius 研究组合作, 利用冷冻电子显微学技术首次获得了 300 kD膜蛋白 TRPV1的 3.4 Å 分辨率的三维结构, 并建立了该分子的原子模型. 　　其实在过去的几年间, 已经有若干工作报道了利用冷冻电子显微学解析病毒、蛋白酶体复合物、核糖体等近原子分辨率模型. 这些工作的里程碑式意义在于: 高分辨率结构解析过程不需要生长三维晶体, 样品用量非常少, 而且可以在短时间内同时获得多个复合体状态的三维结构. 短短一年里, 冷冻电子显微学技术作为直接解析生物大分子原子分辨率结构的技术手段受到人们的广泛关注. 　　事实上, 电子显微学是结构生物学研究中的老兵. 该技术自从 20 世纪 50~60 年代以来, 一直在研究细胞、 亚细胞及生物大分子结构的研究中扮演着独特的角色, 揭示了很多重要的细胞内精细结构. 在研究生物大分子的结构方面， 该技术采取与 X 射线晶体学及核磁共振波谱学迥然不同的原理, 在过去的几十年里逐渐建立了成熟的图像处理及分析算法, 成为结构研究的一种独特技术手段. 近 10 年来, 该领域的日臻成熟以及科研团队的扩大更快地催生了冷冻电子显微学成像技术与结构解析技术的革命性突破. 自从 2008 年以来, 冷冻电子显微学已经连续获得多种生物大分子复合体的原子分辨率结构, 而且高分辨率结构的解析速度正在呈现迅速上涨的趋势。 　　冷冻电子显微学从 20 世纪中叶开始, 经历了 80年代到 90 年代的技术方法建立时期, 21 世纪初的技术成熟期, 在过去的两年里发生了革命性的技术进步, 进入了快速发展期. 结构生物学和细胞生物学研究者如何抓住这个契机, 如何尽快适应新的局面, 掌握新的技术, 充分发挥该技术的优势从而更加更深入地研究生命现象, 将是未来几年里的一个主题. 数学、物理学、计算机科学、材料科学、化学等众多领域的研究者们必将在未来冷冻电子显微学的新技术新方法的开发中发挥重要的作用, 成为该技术的进一步完善与成熟的重要力量. 　　冷冻电子显微学领域研究者们则需要以主动开放的态度吸引其他领域研究者的合作, 并积极迎接来自更多领域研究者的挑战, 保持并发展自己的技术特长, 站在技术发展的制高点上选准研究方向, 始终在冷冻电子显微学的技术前沿上开疆拓土. 　　原文检索： 　　王宏伟. 冷冻电子显微学在结构生物学研究中的现状与展望. 中国科学: 生命科学, 2014, 44: 1020&ndash 1028 　　Wang H W. Current status and future perspective of cryo-electron microscopy in structural biology. SCIENTIA SINICA Vitae, 2014, 44: 1020&ndash 1028 doi: 0.1360/052014-140

p style=" text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202002/uepic/a30b56e7-51e3-4fed-aa1a-7c72bf69ff0e.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" style=" text-align: center max-width: 100% max-height: 100% " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 英国剑桥分子生物学实验室的冷冻电子显微镜图片 /span span style=" color: rgb(127, 127, 127) " 来源：剑桥MRC分子生物学实验室 /span /p p 　　一项革命性的蛋白质三维形状测定技术正在蓬勃发展。上周，一个收集由冷冻电子显微镜（cryo-EM）测定的蛋白质和其他分子结构的数据库，获得了第10000个数据条目。 /p p 　　据《自然》报道，近年来，各实验室向电子显微镜数据库（EMDB，由欧洲生物信息研究所建立，旨在满足学术界对于冷冻电镜数据的需求）提交的数据呈指数级增长，这主要因为全世界实验室cryo-EM数量的爆发式增长。尽管数据库也接收其他电子显微镜结构分析的数据，但其中绝大部分数据来自cryo-EM。 /p p 　　cryo-EM通过将蛋白质或其他生物分子急速冷冻，并用电子对其轰击，从而生成单个分子的显微图像。它们被用来重建分子的三维形状或结构。这有助于揭示蛋白质如何工作、它们在疾病中如何发挥作用，以及如何用药物靶向它们。 /p p 　　此前几十年，X射线晶体衍射一直是备受结构生物学家青睐的研究方法，该方法首先使蛋白质结晶，然后用X射线对其连续打击，并根据衍射光的信号模式重建它们的形状。 /p p 　　X射线晶体衍射法虽然能够生成高质量的分子结构，但并不是所有蛋白质都可轻易使用，因为有些蛋白质可能需要数月或数年才能结晶，而有些甚至根本无法结晶。 /p p 　　这便体现出cryo-EM的优越性，该方法无需蛋白质结晶，但这项技术也存在局限，比如它经常生成低分辨率结构。 /p p 　　2012到2013年，由于在硬件和软件方面的突破，催生了更灵敏的电子显微镜和可将拍摄到的图像转换成分辨率更高的分子结构的复杂软件。 /p p 　　该项技术专家、英国剑桥MRC分子生物学实验室（LMB）结构生物学家Sjors Scheres说，这为cryo-EM的迅猛发展铺平了道路。 /p p 　　LMB结构生物学家Richard Henderson因对cryo-EM技术发展的贡献获得了2017年诺贝尔化学奖。他说，即使在这项技术取得进步后，最初的增长也很缓慢，因为只有少数实验室配置了该设备。但当他们开始使用冷冻技术绘制分子的详细结构图像时，比如被称作蛋白质制造机器的核糖体，这项技术很快就引起了其他科学家及其所在机构和资助者的注意。 /p p 　　Henderson说：“所有投资于其他研究和做出错误决定的人，花了一年的时间才赶上来。” /p p 　　他预计，到2024年，利用冷冻电镜技术测定蛋白质结构的数量将超过X射线晶体衍射法。cryo-EM已经取代了X射线晶体衍射，成为科学家特别感兴趣的研究嵌入细胞膜的蛋白质的工具。许多膜蛋白与疾病有关，可为药物提供靶点。 /p p 　　此外，Henderson还认为cryo-EM的发展将在某个时期开始放缓。他说，影响其快速增长的一个因素是成本高，一台如此强大的显微镜其成本可能超过500万英镑（700万美元）。而它们每天的运行成本也高达数千英镑，并且需要专门的实验室来安置，以降低震动。 /p p 　　Henderson正在努力说服相关公司开发性能好且价格更便宜的cryo-EM，以进一步推广这项技术。（徐锐） /p p br/ /p

p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201509/noimg/fea33c3e-9d39-4848-8e95-052ebaa33259.jpg" title=" 1.jpg" / /p p 　　 strong X射线晶体衍射技术(X-RAY CRYSTALLOGRAPHY)即将成为历史，低温电子显微技术(CRYO-ELECTRON MICROSCOPY)引起了揭示细胞内隐秘机制的革命。 /strong /p p 　　在剑桥大学一幢建筑的地下室里，一场技术革命正在酝酿。 /p p 　　一个笨重的、大约3米高的金属盒子通过连接细胞的橙色缆线，安安静静地传输着以万亿字节计算的数据。这是世界上最先进的低温电子显微镜之一：低温电子显微镜通过电子束对冷冻的生物分子进行成像，从而得到分子的三维结构。站在这个耗资770万美金的仪器旁，英国医学研究委员会分子生物学实验室(UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, LMB)的结构生物学家 Sjors Scheres表示，低温电子显微镜非常敏感，一声喊叫就会带来极大误差，导致实验失败。“英国需要更多低温电子显微镜，因为未来它会成为结构生物学的主流。” /p p 　　低温电子显微镜震惊了结构生物学。过去30年里，低温电子显微镜揭示了核糖体、膜蛋白和其它关键细胞蛋白的精细结构。这些发现都发表在顶级杂志上。结构生物学家们表示，毫不夸张地说，低温电子显微技术正处于革命之中：低温电子显微镜能够快速生成高分辨率的分子模型，这一点远超X射线晶体衍射等方法。依靠旧方法获得诺奖的实验室也在努力学习这一技术。这种新模型能够准确地揭示细胞运行的必要机制，以及如何靶向针对疾病相关的蛋白。 /p p 　　“低温电子显微镜能够解决很多以前无法解决的谜题。”旧金山加利福利亚大学(University of California)的结构生物学家David Agard这样说道。 /p p 　　几年前Scheres被招进LMB，任务是帮助改进低温电子显微镜，最终他成功了。上个月，他们发表了这个领域最令人振奋的成就：阿兹海默症相关的酶的高清图片，图片包括该酶的1200左右个氨基酸，分辨率达到零点几纳米。 /p p 　　生物学家们如今仍在努力发展该技术，以期用它解决小分子或可变形分子的精微结构——这对低温电子显微镜来说，也是一大挑战。来自加利福利亚大学(University of California)的结构生物学家Eva Nogales表示，叫它革命也好，飞跃也好，低温电子显微镜的确打开了一扇大门。 /p p 　 strong 　蛋白结晶 /strong /p p 　　结构生物学领域有一条不成文的观点：结构决定功能。只有知道生物分子的原子排布，研究者们才能了解这个蛋白的功能。例如，核糖体是如何根据mRNA的序列来制造蛋白，分子孔道是如何开和关的。几十年来，分析蛋白结构有一个无冕之王——X射线晶体衍射。在X射线晶体衍射中，科学家们让蛋白结晶，接着利用X射线照射，随后根据X射线的衍射来重建蛋白的结构。在蛋白质数据银行(Protein Data Bank)的100,000多条蛋白词目里，超过90%的蛋白结构是利用X射线晶体衍射技术解析得到的。很多诺贝尔奖也与这一技术相关，例如1962年揭示DNA双链螺旋结构的诺奖。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201509/noimg/fe5402ce-8a68-46ea-a731-d1b2f037ea42.jpg" title=" 2.jpg" / /p p 　　尽管X射线晶体衍射一直是结构生物学家的最佳工具，但是它有较大的限制。科学家们可能需要几年才能找到把蛋白形成大块结晶的方法。而很多基础蛋白分子，例如嵌在细胞膜上的蛋白，或是形成复合体的蛋白却无法被结晶。 /p p 　　当Richard Henderson 1973年到LMB，研究菌视紫红质(一种利用光把质子运进膜内的蛋白)结构时，X射线晶体衍射是首选工具。Henderson和他的同事Nigel Unwin成功地做出了该蛋白的二维结晶，但却不适用于X射线衍射。因此他们决定使用电子显微镜。 /p p 　　当时，电子显微镜主要用于研究用重金属染过色的病毒或组织切片。一束光子打在样本上，新生的电子被检测到，被用于解析样本结构。这种方法成功制作了第一幅病毒的精微图片——一种烟草病毒。但染色导致无法看清各个蛋白，更不要说原子细节了。Agarad表示，样本上要么满是斑点，要么没染上，你只能看到分子的轮廓。 /p p 　　Herderson等人省略了染色的步骤，把菌视紫红质的单层晶体放到金属网格中，然后用电子显微镜进行成像。Agard表示，这个过程里，你看到的是蛋白的原子。这在当时是很大的进步，因为当时人们都认为不可能利用电子显微镜解析蛋白结构。Henderson等人在1975年发表了这一成果。 /p p 　　20世纪80年代和90年代，低温电子显微镜领域发展迅速。一个关键性突破是利用液态乙烷来快速冷冻蛋白溶液。这也是为什么叫低温电子显微镜的原因。但这个技术的分辨率仅为1纳米，远远达不到针对蛋白结构进行药物设计的需求。而当时X射线晶体衍射的分辨率能达到0.4纳米。NIH等资助者投入了数亿美金来支持蛋白晶体领域的发展，但对于低温电子显微镜领域的资助却很少。 /p p 　　1997年，Henderson参加了高登研究会议(Gordon Research Conference )关于3D电子显微镜的年会。一位同事以这样的话做为开幕致词，“低温电子显微镜技术非常有限，不可能超越X射线晶体衍射。” 但Henderson的想法完全不同，在下一场发言中，他做出了反击。Henderson指出，低温电子显微镜会超越其它各种技术，成为全球研究蛋白结构的主流工具。 /p p 　 strong 　革命由此开始 /strong /p p 　　在此之后，Henderson等人致力于提高电子显微镜的性能——尤其是感知电子的灵敏度。在数码相机席卷全球很多年后，很多电子显微镜学家仍然倾向于使用传统的胶片，因为比起数码感应器，胶片能更有效地记录电子。与显微镜生产商合作时，研究者们发明了一种新的直接电子探测器，这种探测器的灵敏度远高于胶片和数码相机探测器。 /p p 　　大约在2012年，这种探测器能够以一分钟几十帧的高速得到单个分子原子的连续图像。同时，和Scheres一样的研究者们精心编写了将多张2D图片建成3D模型的软件程序。这些3D图像的画质可以媲美X射线晶体衍射获得的图像。 /p p 　　低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子，这些分子能够承受电子的轰击，而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。三位化学家用X射线晶体衍射研究核糖体溶液的工作在2009年获得了诺贝尔化学奖，但这些工作花了几十年。近几年，低温电镜研究者们也陷入了“核糖体热”。多个团队研究了多种生物的核糖体，包括人类核糖体的首个高清模型。X射线晶体衍射的研究成果远远落后于LMB的Venki Ramakrishnan实验室，Venki获得了2009年的诺奖。Venki表示，对于大分子来说，低温电子显微镜远比X射线晶体衍射要实用。 /p p 　　这几年，低温电子显微镜的相关文章有很多：2015年一年，这个技术就用于100多个分子的结构研究。X-射线晶体衍射只能对单个、静态的蛋白晶体成像，但低温电子显微镜能够对蛋白的多种构象进行成像，帮助科学家们推断蛋白的功能。 /p p 　　5月，多伦多大学(University of Toronto)结构生物学家John Rubinstein等人使用了100,000张低温电子显微镜图片来生成V-ATPase 的“分子电影”，V-ATPase的作用是消耗ATP，把质子运进运出细胞液泡。”我们发现，这个酶非常灵活，可以弯折、扭曲和变型。” Rubinstein说道。他认为，这是由于这个酶的灵活性，它能够高效地把ATP 释放的能量传递到质子泵。 /p p 　　2013年Nogales的团队拼接了调控DNA转录成RNA的复合体的结构。他们发现，复合体的一个臂上悬挂着紧绕DNA链的10纳米结构，这段结构可能影响基因转录。Nogales表示，这个结构很漂亮，它可以帮助我们分析这个分子起作用的机制。 /p p 　 strong 　小而漂亮 /strong /p p 　　现在低温电镜迅猛发展，专家们正在寻找更大的挑战作为下一个解析目标。对很多人来说，最想解析的是夹在细胞膜内的蛋白。这些蛋白是细胞信号通路中的关键分子，也是比较热门的药物靶标。这些蛋白很难结晶，而低温电子显微镜不大可能对单个蛋白进行成像，这是因为很难从背景噪音中提取这些信号。 /p p 　　这些困难都无法阻挡加利福利亚大学(University of California)的生物物理学家程亦凡。他计划解析一种细小的膜蛋白TRPV1。TRPV1是检测辣椒中引起灼烧感的物质的受体，并与其它痛感蛋白紧密相关。加利福利亚大学病理学家David Julius等人之前尝试结晶TRPV1，结果失败。用低温电子显微镜解析TRPV1项目，一开始进展缓慢。但2013年底，技术进步使得这一项目有了重大突破，他们获得了分辨率为0.34纳米的TRPV1蛋白的结构。该成果的发表对于领域来说，无异于惊雷。因为这证实了低温电子显微镜能够解析小的、重要的分子。“当我看到TRPV1的结构时，我激动得一晚上睡不着觉。”Rubinstein说道。 /p p 　　研究者们可能面临更多这样无眠的夜晚。Agard表示，会有更多膜蛋白相继被解析出来。 /p p 　　上个月由Scheres和清华大学的结构生物学家施一公合作发表的一篇文章就成功解析了一个膜蛋白。他们建立了& amp #947 -分泌酶的模型，& amp #947 -分泌酶负责合成与阿兹海默症相关的& amp #946 -淀粉斑。0.34纳米分辨率的图谱显示，比较少见的遗传性阿尔茨海默病的& amp #947 -分泌酶突变后会在图谱上呈现两个“热点”(突变或者重组频率显著增加的位点)，并且这种突变最终会合成有毒性的& amp #946 -淀粉斑。& amp #947 -分泌酶的结构图帮助研究者发现为什么以往的抑制剂会无效，从而促进新药的研发。程亦凡表示，& amp #947 -分泌酶的结构非常惊人。 /p p 　　类似的成功吸引了制药公司的注意。他们希望借助低温电子显微镜去解析那些无法结晶的蛋白，从而更好地研发药物。Scheres如今和辉瑞公司合作，攻克离子通道。离子通道包含很多膜蛋白，例如痛感受分子和神经递质受体。“我几乎被每一个人联系过。”Nogales这样说道。 /p p 　　尽管低温电子显微镜发展迅速，很多研究者认为，它仍有巨大提升空间。他们希望能制造出更灵敏的电子探测器，以及更好地制备蛋白样本的方法。这样的话，就能够对更小的、更动态的分子进行成像，并且分辨率更高。5月，有研究者发表了一篇细菌蛋白的结构，分辨率达到了0.22纳米。这也显示了低温显微镜的潜力。 /p p 　　与任何热门领域一样，低温电子显微镜的发展也有烦恼。一些专家担心研究者们盲目追求该仪器会诱发一些问题。2013年HIV表面蛋白的结构图遭到了科学家们的质疑，他们认为用于建模的图片很多都是白噪声。此后，其他团队得到的X射线晶体衍射和低温电子显微镜模型也对原模型提出了质疑。但这些研究者们坚持相信自己的结果。今年6月，在高登研究会议(Gordon Research Conference )上，研究者们希望低温电子显微镜的结构图要有严格的质量控制。并且杂志要求作者们提供详细的建模方法。 /p p 　　成本问题可能会限制低温电子显微镜的推广。Scheres估计，LMB每天用于支持低温电子显微镜的经费就达到近3万人民币，外加近1万的电费——这是由于存储和处理图片的电脑耗电量很大。Scheres表示，每天至少要花费近4万人民币，对于很多地方来说，这个费用太高。为了推广低温电子显微镜，很多基金会建立了对外公开的设备，各地研究者们可以预约使用。霍华德· 休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute, HHMI)在珍利亚农场研究园区配备了一台。这台设备对所有HHMI资金的研究者公开。在英国，政府和维康信托在牛津大学附近建立了低温电镜公开使用平台。参与该平台搭建的伦敦大学(University of London)的结构生物学家Helen Saibil表示，有很多人想学习使用低温电镜。 /p p 　　洛克菲勒大学(Rockefeller University)的生物物理学家Rod MacKinnon就是这些人之一。他在2003年因解析一些离子通道的结晶结构而获得诺贝尔奖。MacKinnon现在对低温电镜非常着迷。“我现在处于学习曲线的斜坡阶段，非常热切。” MacKinnon这样说道。他打算用低温电镜来研究离子通道是如何开和关的。 /p p 　　1997年时，Henderson非常坚定地宣称，低温电镜会成为解析蛋白结构的主流工具。在将近20年后的今天，他的预测比当年有了更多底气。Henderson表示，如果低温电镜保持这样的势头继续发展，技术问题也得以解决，那么低温电镜不仅会成为解析蛋白结构的第一选择，而是主流选择。这个目标已经离我们不远了。 /p p 　　原文检索： /p p 　　Ewen Callaway. (2015) The revolution will not be crystallized. Nature, 525(7568):172-174. /p

“对于相干衍射成像（CDI），微米级像素的非晶硒CMOS探测器将专门解决大体积晶体材料中纳米级晶格畸变在能量高于50 keV的高分辨率成像。目前可用的像素相对较大的（〜55μm像素），基于medipix3芯片光子计数、像素化、直接探测技术无法轻易支持高能布拉格条纹的分辨率，从而使衍射数据不适用于小晶体的3D重建。” 美国阿贡国家实验室先进物理光子源探测器物理小组负责人Antonino Miceli博士讲到。相干X射线衍射成像作为新兴的高分辨显微成像方法，CDI方法摆脱了由成像元件所带来的对成像分辨率的限制,其成像分辨率理论上仅受限于X射线的波长。利用第三代同步辐射光源或X射线自由电子激光，可实现样品高空间分辨率、高衬度、原位、定量的二维或三维成像，该技术在材料学、生物学及物理学等领域中具有重要的应用前景。作为一种无透镜高分辨、无损成像技术，CDI对探测器提出了较高的要求：需要探测器有单光子灵敏度、高的探测效率和高的动态范围。目前基于软X射线的相干衍射成像研究工作开展得比较多，在这种情况下科研工作者通常选用是的基于全帧芯片的软X射线直接探测相机。将CDI技术拓展到硬X射线领域（50keV）以获得更高成像分辨率是目前很多科研工作者正在尝试的，同时也对探测器和同步辐射光源提出了更好的要求。如上文提到，KAimaging公司开发了一款非晶硒、高分辨X射线探测器（BrillianSe）很好的解决的这一问题。下面我们来重点看一下BrillianSe的几个主要参数1. 高探测效率 如上图，间接探测器需要通过闪烁体将X射线转为可见光， 只有部分可见光会被光电二极管阵列，CCD或CMOS芯片接收，造成了有效信号的丢失。而BrillianSe选用了具有较高原子序数的Se作为传感器材料，可以将大部分入射的X射线直接转为光电子，并被后端电路处理。在硬X射线探测效率远高于间接探测方式。BrillianSe在60KV (2mm filtration)的探测效率为：36% at 10 cycles/mm22% at 45 cycles/mm10% at 64 cycles/mm非晶硒吸收效率（K-edge=12.26 KeV）BrillianSe在60KV with 2 mm Al filtration的探测效率，之前报到15 μm GADOX 9 μm pixel 间接探测器QE 为13%。Larsson et al., Scientific Reports 6, 20162. 高空间分辨BrillianSe的像素尺寸为8 µm x8 µm，在60KeV的点扩散为1.1 倍像素。如下是在美国ANL APS 1-BM光束线测试实验室布局使用JIMA RT RC-05测试卡，在21keV光束下测试3. 高动态范围75dB由于采用了100微米厚的非晶硒作为传感器材料。它具有较大满井为877,000 e-非晶硒材料，不同入射光子能量光子产生一个电子空穴对所需要电离能BrillianSe主要应用：高能（50KeV）布拉格相干衍射成像低密度相衬成像同步辐射微纳CT表型基因组学领域要求X射线显微CT等成像工具具有更好的可视化能力。此外需要更高的空间分辨率，活体成像的关键挑战在于限制受试者接收到的电离辐射，由于诱导的生物学效应，辐射剂量显着地限制了长期研究。可用于X射线吸收成像衬度低的物体，如生物组织的相衬X射线显微断层照相术也存在类似的挑战。此外，增加成像系统的剂量效率将可以使用低亮度X射线源，从而减少了对在同步辐射光源的依赖。在不损害生物系统的情况下，在常规实验室环境中一台低成本、紧凑型的活体成像设备，对于加速生物工程研究至关重要。同时对X射线探测器提出了更高的要求。KAimaging公司基于独家开发的、专利的高空间分辨率非晶硒（a-Se）探测器技术，开发了一套桌面高效率、高分辨的微米CT系统（inCiTe™ ）。可以从inCiTe™ 中受益的应用:• 无损检测• 增材制造• 电子工业• 农学• 地质学• 临床医学• 标本射线照相 基于相衬成像技术获得优异的相位衬度相衬成像是吸收对比（常规）X射线成像的补充。 使用常规X射线成像技术，X射线吸收弱的材料自然会导致较低的图像对比度。 在这种情况下，X射线相位变化具有更高的灵敏度。因为 inCiTe™ micro-CT可以将物体引起的相位变化转为为探测器的强度变化，所以它可以直接获取自由空间传播X射线束相位衬度。 同轴法相衬X射线成像可将X射线吸收较弱的特征的可检测性提高几个数量级。 下图展示了相衬可以更好地显示甜椒种子细节特征不含相衬信息 含相衬信息 低密度材料具有更好的成像质量钛植入样品图像显示了整形外科的钛植入物，可用于不同的应用，即检查骨-植入物的界面。 注意，相衬改善了骨骼结构的可视化。不含相衬信息 含相衬信息 生物样品inCiTe™ 显微CT可实现软组织高衬度呈现电子样品凯夫拉Kevlar复合材料样品我们使用探测器在几秒钟内快速获取了凯夫拉复合材料的相衬图像。可以清楚看到单根纤维形态（左图）和纤维分层情况（右图）。凯夫拉尔复合物3维透视图 KA Imaging KA Imaging源自滑铁卢大学，成立于2015年。作为一家专门开发x射线成像技术和系统的公司，KA Imaging以创新为导向，致力于利用其先进的X射线技术为医疗、兽医学和无损检测工业市场提供最佳解决方案。公司拥有独家开发并自有专利的高空间高分辨率非晶硒（a-Se）X射线探测器BrillianSeTM，并基于此推出了商业化X射线桌面相衬微米CT inCiTe™ 。我们有幸在此宣布，经过双方密切的交流与探讨，众星已与KA Imaging落实并达成了合作协议。众星联恒将作为KA Imaging在中国地区的独家代理，全面负责BrillianSe™ 及inCiTe™ 在中国市场的产品售前咨询，销售以及售后业务。KA Imaging将对众星联恒提供全面、深度的技术培训和支持，以便更好地服务于中国客户。众星联恒及我们来自全球高科技领域的合作伙伴们将继续为中国广大科研用户及工业用户带来更多创新技术及前沿资讯！

丹东，这座地处中国海岸线最北端起点的美丽东北之城，是我国重要的射线工业基地。早在1965年，这里就生产出第一台X射线工业探伤机，填补了我国大型X射线探伤机工业的空白，结束了国内X射线探伤机完全依靠进口的历史。经过几十年的发展，这里不仅成为射线仪器生产厂商的集中地，也行成了一批射线仪器行业技术力量雄厚、综合实力突出的知名企业。丹东奥龙射线仪器集团有限公司（以下简称“奥龙射线”），便是坐落于此的一家集射线仪器研发、制造、检测服务于一体的高科技企业。奥龙射线成立于2003年，前身可追溯到丹东工业射线仪器厂，在继承中国射线基地优良研制传统的同时，也树立了不断创新的发展宗旨。奥龙射线风貌传承近六十年射线仪器研制历史国内第一台X射线工业探伤机诞生于奥龙射线的前身，奥龙射线很好的传承了中国射线仪器的研制历史。2003年，奥龙射线注册成立。2013年，奥龙射线顺利完成集团化改造。十年间，奥龙射线实现高速发展，连续获得“国家高新技术企业”、“辽宁名牌产品”称号，成立了“辽宁省企业技术中心”、“辽宁省射线仪器工程研究中心”、“辽宁省工业CT仪器专业技术创新中心”等省级研发中心。2014年到2015年，由于受整体宏观经济不利因素的影响，加之自身产品结构调整的需要，以及产品技术研发投入大幅增加等原因，奥龙射线的收益水平曾经历过下滑。在一系列调整措施下，2017年，奥龙射线的营收实现历史新高，资产总额更是达到两亿八千万元，此外，一个占地三十亩、建筑面积一万五千平方米的现代化科研和生产基地初步形成。2018年，奥龙射线与中国科学院陈和生院士共同建立的“丹东奥龙射线技术及装备院士专家工作站”被授予国家模范院士专家工作站称号。2021年，奥龙射线以其在无损检测领域的突出成就和卓越能力被评为国家级专精特新“小巨人”企业。发展至今，奥龙射线已成为销售收入过亿元、年创利税千万元的规模企业，并成为美国GE的合作伙伴，旗下拥有上海奥龙星迪、丹东奥龙电子、奥龙检测服务、丹东奥龙中科传感技术四个子公司。可以说，奥龙射线是X射线仪器和材料试验仪器的开发商和产品制造商，也是X射线检测解决方案的服务商。以持续创新驱动企业发展在多年的发展过程中，奥龙射线深谙市场竞争归根结底是技术创新能力的竞争。从2004年起，奥龙射线每年均有不少于两项技术成果通过辽宁省科技成果鉴定和新产品投产鉴定，在产品填补国内空白的基础上，还获得了不同级别的政府奖励。2005年和2007年，奥龙射线研发的“X射线实时成像检测系统”和“微焦点X射线检测仪”先后被国家发改委确定为高技术产业化示范工程项目。2014年，奥龙射线作为牵头单位与多家院校单位合作的“多模式X射线层析成像分析仪研发与应用”项目被科技部列为重点扶持项目并获得国家重大科学仪器设备开发专项。2017年，奥龙射线作为合作单位参与国家重大科学仪器设备开发重点专项——“X射线三维分层成像仪”项目。2021年，奥龙射线承担的“单视角工业CT智能在线检测装备研制”项目获得中央引导地方科技发展专项资金。2022年，奥龙射线通过“揭榜挂帅”的形式揭榜了国家发改委高端仪器设备关键核心技术攻关项目，以研制国产高精度X射线衍射仪为目标，重点解决关键核心部件“卡脖子”问题。奥龙射线 工业CT无损检测系统（设备管电压20kV~450kV，焦点尺寸0.4mm~1mm，密度分辨率0.5%，采用三维立体图像的形式，可清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况，解决了传统X射线在线检测系统无法进行全方位、多视角的实时成像检测的技术难题。）奥龙射线 多功能X射线智能在线检测系统（系统分辨率25Lp/cm~40Lp/cm、50Lp/cm~60Lp/cm，系统灵敏度0.8%~1.5%，管电压20kV~450kV，管电流0mA~20mA，采用智能识别技术及数字成像方式，实现了不同类别产品的在线无损检测。）自成立以来，奥龙射线已获得国家授权专利155项，其中发明专利52项。共转化研发成果50余项，参与制订了7项国家标准，成立了省级研发中心3个，承担国家、省级项目专项十余项，获得国家省部级奖项二十余项，21项产品通过省级科技成果及新产品鉴定。当前，奥龙射线的产品主要分为X射线探伤仪器和X射线分析仪器两大系列，包括X射线实时成像检测系统、X射线工业CT、X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、X射线辐照仪及绿色通道检测系统等，被广泛应用于航空航天、兵器工业、机械制造、汽车部件、化工、电力、管道、公共安全、科研院所等领域。此外，奥龙射线在立足工业领域的同时，积极拓展生命科学领域并取得成效。新推出的生物学CT，最初用于小工业件检测，奥龙射线进行技术改革，提高分辨率至2μm，成功将其延伸用于生命科学研究。据悉，凭借较高的性价比、较好的售后服务等优势，奥龙射线的生命科学业务已有出色的业绩。奥龙射线 生物学CT奥龙射线生物学CT应用领域介绍奥龙射线，一家传承近六十年射线仪器研制历史的老牌企业，坚持创新驱动高质量发展，不断开拓新产品和新应用领域，产值从百万元增长至上亿元。近年来，我国愈加重视“国产仪器”，颁发了一系列利好政策，奥龙射线正凭借自身实力乘势而上，朝着“国际一流射线仪器企业”大步迈进！

丹东通达科技有限公司国家重大科学仪器设备 &ldquo X射线单晶衍射仪开发和应用&rdquo 项目，5月4日启动。 　　X射线单晶衍射仪是分析仪器的一种，主要用于结晶物质的结构测定，可广泛用于矿物学、药物学、材料科学、化学、生物学等领域的实验研究，国内生产技术尚属空白。

X射线是一种波长比较短的电磁波，它的波长在0.01~100埃之间，介于γ射线与紫外线之间。因为X射线的穿透能力很强，能透射很多可见光不能透射的物质，因此人们用来对物品内部缺陷进行检测。自从X射线被发现以来，由于其优异的物理化学特性，X射线检测技术取得了飞速的发展，在科学研究、医学检测及工业检测等领域已经有了广泛的应用。通过X射线检测技术的不断发展，现阶段在工业检测中主要有X射线胶片拍片检测技术和X射线实时成像检测技术。 X射线胶片拍片检测技术X射线胶片拍片法是无损检测早期使用的方法。它的工作原理是由X射线管发出X射线；射线透射被检工件后与照相胶片发生胶片感光，胶片感光是一种光化学作用；处理完已感光的照相胶片后，得到工件内部质量密度的射线胶片；最后，观察获得的X射线拍片底片来分析评价并得出评判结论。由于被检工件存在缺陷的部分与正常部分的厚度或者密度存在很大差异，被检测工件有缺陷部分和无缺陷部分使得X射线衰减的程度不同，穿过工件的X射线处于不同程度的吸收，在胶片上显影后出现有差异的影像。X射线胶片拍片检测技术以此为检测基础，X射线照相无损检测技术应用得最为广泛。通过观察胶片上记录的射线信息来判定被检材料和工件的内部是否存在缺陷，在不损坏被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。目前工业检测中普遍使用X射线胶片拍片的方法，此技术有较高空间分辨率，可以将实际大小的微小缺陷通过图像清晰地显示出来，且是永久性的。X射线胶片拍片检测技术的缺点在于无法现场直接观察被检测物体的图像。需具有丰富检测经验的人，通过实验对照相参数及胶片冲洗参数进行选择才能使检测效果达到最佳，同时X射线照相检测技术存在着效率低下，不能数字化，难于存储等缺点，尽管可以利用光胶片数字化扫描仪进行数字化，但是效率低的问题仍无法解决，在工业生产过程中检测效率低，严重制约着生产效率。 X射线实时成像检测技术X射线实时成像是一种X射线无损检测方法，是通过屏幕实时显示检测结果图像的方法，利用该图像对检测对象材料进行判断和评估对材料内部缺陷进行定性、定量的分析，从而达到无损检测的目的。X射线实时成像技术按成像原理的不同可以分为X射线图像增强器实时成像技术和X射线数字实时成像检测技术。两种技术对应着两种不同的检测系统，而成像器件的不同是两者的主要差别：X射线图像增强器实时成像检测系统的图像增强器为X射线的接收装置，在CCD上成像后，通过图像采集卡将图像采集并存储到计算机中。X射线图像增强器实时成像系统X射线数字实时成像系统的工作原理是被检测工件的X射线图像由平板探测器直接接收并转化为数字信号，平板探测器与计算机相连，将数字信号传输到计算机中存储和处理。由于采用非晶硅的闪烁检测器以及成像板采集信号，而且成像板由光电倍增器制成，所以X射线数字实时成像检测系统具有很大的动态范围和很高的分辨力，这是胶片拍片法所不能比拟的。X射线数字实时成像系统 工业X射线检测技术的发展经过了X射线胶片拍片检测、X射线荧光检测、图像增强器成像检测和平板探测器成像检测等阶段。X射线胶片拍片检测技术是使用最早，也是最成熟的检测技术，是目前工业检测中普遍使用的方法。随着计算机技术、增强技术、光电材料及接收器件技术的不断发展，现在的研究热点是直接数字化X射线成像技术。其中，X射线数字平板技术的出现使得X射线向数字图像信号的转化成为可能，标志着X射线实时成像时代的到来。 市场主流仪器品牌X射线实时成像技术在国外研究起步较早，而国内对于该技术的研究较晚，如我国适用于特定检测岗位的高精度、高分辨力的多功能X射线成像系统等还有待研究。然而，随着近年来地快速发展，国内与西方国家的差距正在日益减小。当前，我国市场上工业用X射线实时成像设备的主要有YXLON、蔡司、GE、布鲁克、岛津等进口品牌，以及三英精密、日联科技、丹东奥龙、固鸿科技、华日理学等国产品牌。三英精密成立于2013年，是一家专业从事X射线CT检测装备研发和制造的国家高新技术企业，拥有自主核心技术，现已发展为国内X射线CT产品种类齐全的解决方案提供商。公司产品涵盖X射线三维显微镜、显微CT、工业CT、计量CT、平面CT、卧式CT、X射线在线检测设备和移动车载CT检测中心等。日联科技成立于2002年，是一家专业从事X射线技术研究和X射线智能检测装备研发、制造的高新技术企业。在无锡新区自建4万多平米的现代化工厂和研发中心，并在深圳和重庆建立大型制造工厂，在西安设立软件公司，并于北京、沈阳、天津、西安、青岛、武汉、成都、宁波、厦门、乌鲁木齐等地设有销售及服务处。奥龙集团传承50年中国射线仪器研制历史，是X射线仪器和材料试验仪器的开发商和产品制造商，也是X射线检测解决方案的服务商，旗下拥有上海奥龙星迪、丹东奥龙电子、奥龙检测服务、丹东奥龙中科传感技术四个子公司。此外，奥龙集团也是无损检测行业的全球领导厂商——美国GE的合作伙伴。 固鸿科技是一家源于清华大学，集设计开发、生产制造、销售和服务与一体的高新技术企业。主要产品类型为低能工业CT（160Kv-600Kv），高能工业CT（1MeV-15MeV），电子直线加速器(0.95MeV-15MeV)，车载式CT及射线照相无损检测系统等。自2005年成立以来，公司已经为全球客户提供了近100套的定制化射线类无损检测设备。华日理学，1995年创立，2018年加入中国广核集团，是生产X射线无损检测设备的专业公司。公司集科研、生产、销售和服务于一体，年产值超过亿元，生产规模、研发技术、市场占有率位居国内前列。公司拥有专业的实体研发、生产、检测基地，建有四个高等级防护的X射线试验室、一个三维成像检测技术公共服务中心、一个EMC试验室和一个高频X射线国际合作实验室，产品已形成六大系列60多个品种，年生产能力可达1000（台）套以上。 YXLON（依科视朗）于1998年成立，总部位于德国汉堡，由飞利浦工业X射线有限公司和丹麦安德烈斯公司合并而成，并迅速成长。2007年成立依科视朗（北京）射线设备贸易有限公司，主要从事X射线为基础的测试设备和系统的批发、进出口，售后和技术服务及转让，X射线为基础的测试设备和系统技术的研究和开发。ZEISS（蔡司）总部位于德国，历史可追溯到1846年，是一家在光学及光电子行业全球领先的集团公司。在全球拥有30多个生产基地、50多个销售和服务中心。ZEISS在四个战略发展领域，即工业解决方案、科研解决方案、医疗技术、消费光学，提供产品和服务，旗下产品X射线成像设备在业内享有盛名。GE（美国通用电气）创立于1892年，总部位于美国波士顿，是一家创造由软件定义的机器，集互联、响应和预测之智，致力变革传统工业的全球数字工业公司。 作为无损检测行业的全球领导厂商，GE在中国设有多家公司，可提供胶片系统、超声、涡流，X射线、计算机射线成像(CR)、数字化射线成像(DR)和工业内窥镜等多个领域的各种便携式检测仪器和大型检测设备。BRUKER（布鲁克）于1960年在德国创立，业务领域包括生命科学分子研究、应用和药物应用、显微镜和纳米分析、工业应用、细胞生物学、临床前成像、临床表型组学、蛋白质组学研究以及临床微生物学等。1997年，布鲁克X射线部门便开始在中国拓展业务。当前，布鲁克在全球拥有6000多名员以及90多个工作地。岛津是测试仪器、医疗器械及工业设备的制造厂商，自1875年创业以来，以光技术、X射线技术、图像处理技术这三大核心为基础，不断钻研领先时代、满足社会需求的科学技术，开发生产具有高附加值的产品。岛津企业管理（中国）有限公司成立于1999年日，目前已在中国设有13个分公司，7个分析中心，60多个技术维修点，开拓了岛津在中国的业务。本文X射线成像技术部分引自：王连之.多功能X射线实时成像系统的研制与应用[D].湖南大学,2020.

第五届华南结构生物学论坛于2017年11月24日-26日在福州怡山大厦成功举办并圆满落幕。此次论坛由中国生物物理学会、福州大学、中科院福建物质结构研究所等联合主办的“2017年华南结构生物学论坛，吸引了来自广州、深圳、香港、台湾、澳门、广西、福州、厦门等地的各大高校、实验室及医院领域的专家学者参会。本届论坛广聚业内贤士、博览众家之长，各高校学者们分别就不同的专题结合自己的研究领域为与会人员进行了精彩的技术讲座，涵盖多种结构生物学方法，包括X射线晶体学、冷冻电镜、核磁共振等，带来了一场理论与事件完美结合的“技术盛宴”。科研工作离不开新产品和新技术的有力支持，科研设备的创新极大助力了科学技术的发展。本届论坛上各大仪器厂商也都“争奇斗艳”，纷纷亮相，宝特科技亦携产品—莱弛MM400混合球磨仪展在其列，此外，还展示了FEI扫描电镜，高通的分子互作，Elementar同位素质谱，莱驰CROMILL全自动冷冻研磨仪，睿科的洗瓶机、液体样品处理工作站、全自动浓缩仪、全自动氮气发生器等，以及TAITEC和IRM、哈佛等产品资料，并针对与会客户们的咨询做出热情回应，并详细解答其所提之问题，广泛交流在结构生物学领域的新技术和新经验，尤其是电镜在结构生物学领域的应用。二十一世纪是生命科学的世纪，而作为现代生命科学研究的前沿主流学科之一的结构生物学，帮助人们更好的理解生命现象本质。宝特科技作为一家专业的分析测试仪器代理/服务商，不仅仅专注于生命科学领域，也专注于化学、材料测试仪器的销售及技术服务，因为你们刚好需要，而我们刚好足够专业。

自2014年起，国际原子能机构与中山大学-密歇根州立大学热带病虫媒控制联合研究中心正式合作，在国际原子能机构的技术支持下建立了“蚊子工厂”，目前雄蚊产能达到300万只/周，同时在雄蚊生产中有关射线去雌方面开展了实质性合作。　　“蚊子工厂”最近又取得了新的成果。在国际原子能机构昆虫不育技术的支持下，该联合研究中心日前自主研发了WOLBAKI X射线仪，对所有雌雄分离后的蚊子进行二次绝育，以达到彻底排除风险的效果。今天，在参观完“蚊子工厂”后，国际原子能机构副总干事杨大助表示，这是核技术和生物技术相结合的一次成功实践，在国际上处于领先地位。　　在射线绝育室内，记者看到了全球首台用于蚊子绝育的射线设备——WOLBAKI X射线仪。“右边是控制系统，左边是冷却系统。”病原生物学博士生张东京打开左边的阀门，介绍这个类似微波炉构造的装置设备：在高能量光子照射下，将两个盛满成蛹的辐射杯放入其中，进行360度旋转。过程中为保证辐射均匀到位，需进行上下杯调换。在射线仪的作用下，约16分钟后，可使14万~16万个蚊蛹保证不育。“X射线主要影响的是未被完全分离出来的雌蚊，通过破坏它们的生殖腺，即卵巢，让它们绝育。”张东京说。　　为什么需要加射线技术?张东京介绍，因为雄蚊生产最大的难题在于雌雄分离。即使通过雌雄分离器进行物理分离，还是会混存0.1%的雌蚊。即使再用人工筛选，仍然会有0.01%的误差。一旦漏网之雌蚊与野外物种交配，则会造成种群替换。　　关于对蚊子在生物链底部进行压制，会不会影响到生物链的断裂和生态平衡问题，研究团队带头人奚志勇教授回应，相对于传统的方式，“以蚊治蚊”这种方式更凸显优点。“蚊子的种类很多，我们只是针对传病的蚊种，从危害人群的区域把这类蚊虫给除掉，从而减低危害。其他不吸血的蚊子，吸血不传病的蚊子依然存在。”奚志勇说。　　未来10年，该联合研究中心计划向多个国家和地区推广此项技术，希望通过该项目的研究，为热带病虫媒控制开发新的研究方法和控制策略。目前，斯里兰卡、巴基斯坦、美国等国家和地区的组织和机构已明确表示了合作意愿。

p style=" text-indent: 2em " 12 月 1 日，谷歌旗下的 DeepMind 公司宣布，其 strong 新一代 AlphaFold 人工智能系统 /strong 在国际蛋白质结构预测竞赛（CASP）上击败了其余的参会选手， strong 精确预测了蛋白质的三维结构 /strong ， strong 准确性可与冷冻电子显微镜（cryo-EM）、核磁共振或 X 射线晶体学等实验技术相媲美。 /strong /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " （详见《解决生物学 50 年来的重大挑战！生物界「AlphaGo」精准预测蛋白质结构》）这一消息引发了全球媒体关注，前 Genentech 首席执行官 Arthur D. Levinson 博士盛赞这一成就是 strong 「划时代的进步」 /strong 。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 人工智能的「进击」对生物学、对其他学科会有什么影响？网络上有人提出： strong AI 都能解蛋白质结构了，结构生物学家是不是该失业了？ /strong /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 《返朴》总编、结构生物学家颜宁特邀几位同仁对这一新闻各抒己见， 回答大家的疑问。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 558px height: 618px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/73bb911a-86ca-490b-a90a-f01fb76aa418.jpg" title=" 微信图片_20201204191414.jpg" alt=" 微信图片_20201204191414.jpg" width=" 558" height=" 618" / /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size: 12px " by Asier Sanz | https://asiersanz.com/ /span /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " strong AlphaFold2 是个大突破，但我们还有努力的方向 /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " 张阳 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " （ITASSER 创造者，美国密歇根大学教授） /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " AlphaFold2 显然是蛋白质结构预测领域的重大突破。这可能是从 1969 年第一篇& nbsp Journal of Molecular Biology& nbsp 用比较建模方法预测蛋白质结构发表& nbsp 51 年以来最大的突破。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 这个领域过去 20 年来，进展一直比较缓慢，但最近几年，随着共同进化、接触图预测以及引入深度学习之后，很多软件，比如 I-TASSER 和 Rosetta 等，都有了很大进步。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 就 I-TASSER 来讲，两年前在第 13 届 CASP（CASP13）时，它能够正确预测的非同源蛋白数目比其六年前在 CASP11 上提高了 5 倍。这次 CASP14 也比 CASP13 的预测能力提高了很多。但 AlphaFold2 这次比上次进步更大，和两年前的上一个版本相比，& nbsp AlphaFold2 的主要变化是直接训练蛋白质结构的原子坐标，而不是用以往常用的、简化了的原子间距或者接触图。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 传统上，蛋白质结构预测可以分成基于模板和从头预测，但是 AlphaFold2 只用同一种方法 —— 机器学习，对几乎所有的蛋白质都预测出了正确的拓扑学的结构，其中有大约 2/3 的蛋白质预测精度达到了结构生物学实验的测量精度。这说明，至少是在单结构域的蛋白结构，他们接近解决了这个问题。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 谷歌这次为什么能够取得如此大的成功？ /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 这首先与它们拥有强大的人力和计算资源有关。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 计算机上，他们使用 TPU（据他们的宣传是比 GPU 快 15 倍），学术界的实验室只有 CPU 或者 GPU，而很多实验室都还没有 GPU。他们对媒体宣传中说 Alphafold2 最后只用相当于 100 个 GPU 的资源训练了两周就产生了最后的模型，学界大多数实验室都可以做到，这是不客观的。因为产生一个新的想法，到训练成功的模型，中间起码要反复测试重复 100 次甚至 1000 次。这就像吃了十个馒头的饿汉一 样，不能说吃了最后一个馒头吃饱了，就觉得只吃最后一个馒头就够了。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 另外，他们可以高薪招聘大量专业人才，集中精力攻关一件事，不需要担心基金申请、教学和学生毕业论文等等。这些人力和计算资源上的差别是谷歌 DeepMind 这样的工业研究机构比起学术界在攻关科学或者工程问题上的最大优势。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 当然，学术界在蛋白质结构预测这么多年的积累，也给 AlphaFold2 的成功奠定了基础。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 我自己很高兴他们取得了这么大突破。这个工作首先证明了蛋白质结构预测问题是可以被解决的。这其实不是一个简单的问题，因为蛋白质结构和序列的复杂关系，常常让人们 —— 特别是做结构预测的人 —— 怀疑，蛋白质折叠这个问题是不是可解， 或者有没有唯一解。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 我们在 15 年前的一篇 PNAS 论文中提到，用 PDB 库中的模板，在理论上可以解决 “单结构域蛋白质结构预测” 这个问题，但那是一个基于模板的传统解法， 难点是如何找到最好的模板。谷歌他们这次用「暴力」的机器学习，「暴力」地解决了这个问题。这个做法的成功会对很多相关领域都产生深远影响。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 有人说这个 AlphaFold2 会让很多相关行业的人失业。我认为恰恰相反，它给很多领域提供了解决问题的新途径和新思维，因而会极大推动相关领域的发展，因此会产生更多更大的机会。即便是在蛋白质结构预测这个相对较小的领域，我们还有很多事情要做。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " AlphaFold2 这次只有 2/3 的蛋白预测做到实验精度，还有 1/3 做不到，是否还有更快更好的途径来产生更高精度结构的算法？基于商业或其它考虑，我相信谷歌可能不会公开代码或 Server。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 所以，最终可能还得学术界的同行共同努力，完善和推广这一技术，让其真正惠及生物医学研究以及普通公众的健康需求。 /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " strong 共赢大于竞争 /strong /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " 龚新奇 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " （中国人民大学数学科学研究院教授，清华大学北京结构生物学高精尖中心合作研究员） /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 2020 年第 14 届国际蛋白质结构预测竞赛（CASP14）共有 84 个常规（Regular）题目，其中有 14 个题目因为生物实验没给出确定结构等原因被取消或延缓，其他 70 个题目的单体和复合物蛋白质所含有的氨基酸个数从 73 到 2180 不等。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 19 个国家的 215 个小组参加了 CASP14。最终，谷歌旗下 DeepMind 公司的人工智能系统 AlphaFold2 在 2018 年的 Alphafold 基础上迭代创新，超常发挥，一枝独秀，基本解决了「从氨基酸序列预测蛋白质结构」这个困扰人类 50 年的生物学第二遗传密码问题。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " AlphaFold2 的成功表现在三个方面： /p p style=" text-indent: 2em " 1.不少结构的预测精确度跟实验晶体结构相当，可以替代晶体结构； br/ /p p style=" text-indent: 2em " 2.一些含有多个结构域的复杂超长的单链结构也达到了可以跟实验结构比较的程度； /p p style=" text-indent: 2em " 3.帮助解析了竞赛中涉及到的、实验多年没拿到的 X 射线晶体和 cryo-EM 冷冻电镜结构，比如 T1058 的膜蛋白是用了 Alphafold2 的预测模型之后，才跟原有晶体学数据综合成功解析了结构。 br/ /p p style=" text-indent: 2em " AlphaFold2 团队的& nbsp John Jumper 报告表明，他们使用了基于注意机制的神经网络，动态调整网络中节点的顺序和链接；依靠的是端到端的优化整体构建结构，而不是氨基酸距离；网络中内置了大量的序列、结构和宏基因组等多重比较信息；还依赖分子模拟软件优化去掉了原子的堆积碰撞。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 在 AlphaFold2 的摘要作者名单里，交叉团队的 30 位作者中有 19 位都被标记为相同贡献的第一作者。他们将近 8 分钟的宣介视频，记录了团队成员在新冠疫情期间精诚合作、攻坚克难的宝贵场景。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " CASP 组织者 John Moult 指出，计算下一步还有更困难的问题要解决：超大复合物结构、动态构象变化、蛋白质设计、药物设计等等。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 除了我们蛋白质结构预测小同行对 AlphaFold2 的成功很欣喜之外，社会上还有多个不同方向的学术界、产业界和新闻界对它寄予了厚望。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 在欣喜的同时，蛋白质结构预测小同行也有一些保留意见： /p p style=" text-indent: 2em " 1.工程化明显，依赖于强大的 GPU 计算资源和代码优化团队； br/ /p p style=" text-indent: 2em " 2.谷歌公司几乎可以收集全球所有网络信息，虽然看起来 AlphaFold2 的自动化程度很高，但他们在人工操作中使用了哪些信息值得关注； /p p style=" text-indent: 2em " 3.预测对了结构，但不等于明白了蛋白质折叠过程和原理。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " strong 生物实验科学家也有不少看法： /strong /p p style=" text-indent: 2em " 1.算出结构只是生物学规律发现的第一步； /p p style=" text-indent: 2em " 2.计算的多个 models 中，有时打分排序不准； /p p style=" text-indent: 2em " 3.开放 AlphaFold2 的 server 之后，使用效果不一定那么好； /p p style=" text-indent: 2em " 4.只是在已有蛋白质结构数据集上训练得到的模型，尚不能计算其它构象或其它类别的分子结构。 /p br/ p style=" text-indent: 2em " 还有关心这个领域的其他方向的专家也提出了问题：怎么理解这个算法成功的原理？怎么跟原有的热力学、物理学等基本原理相融相通？ /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " 我认为 AlphaFold2 是个大突破，后续可能性很多，会替代一些简单的结构生物学实验，但对当下科学家追求的前沿生物学来说，共赢大于竞争；对生物学、数学和计算机学等学科而言，则会带来新的机遇。 br/ br/ strong 技术服务于科学探索，结构生物学早就进入新时代 /strong br/ 颜宁 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " （美国普林斯顿大学雪莉?蒂尔曼终身讲席教授，美国科学院外籍院士） /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 首先，简单说一下，什么是生物学里的「结构」。 /p br/ p style=" text-indent: 2em " 用个不太恰当的类比：变形金刚。比如擎天柱是辆车还是个机器人，这就是不同的结构了，机器人能打架大车做运输，功能也不一样。而不同的汽车人组成成分可能差不多，都有合金、玻璃、橡胶，但是形态各异，特长也不一样。 br/ 生物分子的组成成分和基本单元就那么几种，但是组装起来，不同的序列不同的结构，于是功能各异、五花八门。这个结构不是静止的，每一个生物大分子基本都像个小机器，比变形金刚更复杂、更变化多端。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 因为结构决定了生物大分子的功能，所以解析高分辨率结构在过去几十年一直是理解生物大分子工作机理最有力的工具。但是一直以来，因为技术局限，对于绝大多数生物大分子的结构解析困难重重。所以，一批科学家另辟蹊径，试图在已有的知识基础上，绕开劳心劳力又劳财的实验步骤，从蛋白质的序列直接通过计算预测出它们精准的三维结构。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 蛋白结构预测并不是一个新鲜学科，一直以来就是结构生物学的一个分支，很多科学家不断开发算法，希望根据序列预测出来的结构越来越准确。 br/ 这个领域在过去十几年进步迅速，并且与实验结构生物学融合度越来越高。比如，自从进入电镜时代，看到一堆黑白灰的密度，如果其中某些部分没有同源结构，通过软件预测一个大致的结构模型，放到密度图里面做框架，再根据实验数据调整，已经是个常规操作。 /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 这次人工智能赢得 CASP 的新闻亮点有两个，一是 AI，二是准确度高。这确实是突破，但是有了两年前的新闻（注：2018 年，DeepMind 开发的第一代 AlphaFold 首次参加 CASP 并且拔得头筹）做铺垫，现在这次委实是意料之中。 br/ 至于衍生出来的所谓「结构生物学家都要失业了」的调侃 —— 如果你对结构生物学的理解还停留在 20 年前，那这么说也不是不行。但是结构生物学自身一直在发展着，一场冷冻电镜的分辨率革命更是令结构生物学不同往日了。 br/ 我在 2015 年主持一个学术研讨会的时候曾经评论过：结构生物学的主语是生物学，是理解生命、是做出生物学发现。 br/ 但是，在 X - 射线晶体学为主要手段的时代，获得大多数研究对象的结构本身太难了，于是很多研究者把「获得结构」本身作为了目标，让外行误以为结构生物学就是解结构。但我从进入这个领域之初，就被教育得明明白白：结构本身只是手段，它们是为了回答问题、做出发现。而电镜使得「发现」二字尤为突出。 br/ br/ 看到结构本身、知道你的研究对象长啥样，倒也可以称之为发现，但我刚刚说的「发现」，特指那些超乎想象的、通过结构才揭示出来的、自然界里神奇的存在或者令人叹为观止的机理。 /p br/ p style=" text-indent: 2em " 我讲课最喜欢举的例子之一就是施一公组的剪接体结构。为啥呢？因为它集合了结构生物学发现里几乎所有的精彩要素和挑战。 br/ br/ 第一，在剪接体结构出来之前，有很多剪接体的组分甚至是未知的。不同于传统的结构生物学，先知道你要研究对象是啥，再吭哧吭哧地去把它们的结构解出来 —— 剪接体的电镜分析是看到了密度图之后，完全不晓得这是啥，需要通过质谱等手段去鉴定组分。我从 2015 年就预测：电镜与质谱组合，将会变成一个重要的生物学研究发现手段。在电镜时代，这样的例子越来越多。比如清华大学隋森芳老师组的那个巨大的藻胆体结构，靠质谱都不够了。为了搞明白组分，他们甚至先做了基因组测序。 br/ br/ 第二，几十上百个蛋白如何众星捧月地把那么几条貌似简单的 RNA 掰成与几个小小的金属离子配合的核酶反应中心，在茫茫碱基中，在正确的时间正确的地点牵线搭桥，剪掉 intron（内含子），连接 exon（外显子）？就为了这一「剪子」& nbsp 一「钩针」，为了几毫秒的过程，这么个庞然大物的几十上百个组成部件却要分分合合，这个过程是真神奇。 /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/72bc97e7-d254-461b-b199-1156f73a37c8.jpg" title=" 微信图片_20201204191624.jpg" alt=" 微信图片_20201204191624.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size: 12px " 施一公实验室报道的首个酵母剪接体的结构 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size: 12px " （图源：生物化学经典教材 Lehninger Principles of Biochemistry（第七版）封面） /span /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size: 12px " br/ /span 结构生物学目前的实验手段只能获得静止的 3D 照片，为了揭示这部电影，就要不断获得中间态的 3D 照片，帧数越多，电影越精准。但即便如此，这个过程中的动力学问题，简单说，就是变化速度，依旧不是现在的结构生物学实验手段可以揭示的，需要借助更多生物物理技术、计算生物学手段去探索。 br/ 我自己的工作虽然没有剪接体那么酷炫，但是电压门控钠离子通道如何感受膜电势的变化，开门关门，就这么个过程，听着简单，我们死磕三年了，依旧束手无策。另外，我们今年发的两篇 PNAS 论文其实代表了结构生物学的另一个努力方向：在实验操作过程中对生物大分子施加外力（电场、磁场、各种长度的波......）。 br/ 也许是受到我自身专业领域的局限，AlphaFold 迄今带给我的震撼还赶不上冷冻电镜的革命，后者将我们从技术挣扎中解放出来，可以专注于结构带来的生物学发现本身。 br/ br/ AlphaFold 目前最成功的预测是针对单链分子，当然将来预测复合物的高精结构也应该不在话下。相比于对蛋白折叠的贡献，我倒是更希望 AI 能够助力 Molecular Dynamics Simulation（分子动力学模拟）。对结构生物学而言，这个领域才是亟需进步的。 br/ br/ 我个人认为生命是地球上最神奇的存在，那么多未知要探索，任何一次技术进步都是契机。该考虑的是如何把新技术为我所用，去问出、去探索更有意思的问题。 br/ 最后，当 AI 能够成功预测我们正在孜孜以求的生物大分子动态、原位高分辨率结构的时候，那失业的一定不止是结构生物学家、或者生物学家了 :p br/ br/ strong 各抒己见 /strong /p p style=" text-indent: 2em " strong br/ /strong 根据现在披露的结果，AlphaFold2 已经基本达到实验解析结构的精度。前天 AlphaFold2 团队的报告展示了新冠病毒 SARS-COV-2 的预测结果，说明 RNA 聚合酶这么大的蛋白也能基本预测准确。 /p br/ p style=" text-indent: 2em " 理论上，这会对结构生物学有很大冲击，尤其是以后单颗粒 cryo-EM 的实验方法上，是否还需要把分辨率做得那么高？低分辨率的电子密度图，甚至 SAXS 数据结合预测结果应该就能解决问题了。 br/ 但是，现实中的冲击不会那么大。这是因为，AlphaFold2 模型的创新性非常高，其中结合的 2D transformer 和 3D equivariant transformer 都是 AI 领域的前沿技术，模型的训练难度很大。 /p br/ p style=" text-indent: 2em " DeepMind 的训练方法在学术界很难复现，估计学术界要花几年的时间才能跟上，因此短期内 AlphaFold2 对结构生物学的影响会比较有限。DeepMind 可能会和个别实验室合作，预测蛋白质结构。 /p br/ p style=" text-align: right text-indent: 2em " ——& nbsp 龚海鹏（计算生物学家，清华大学结构生物学高精尖创新中心研究员） /p br/ br/ p style=" text-indent: 2em " AlphaFold 为结构生物学家提供了除晶体学、冷冻电镜、NMR 以外的另外一种手段，用于揭示生物大分子发挥作用的分子机制。 /p br/ p style=" text-align: right text-indent: 2em " —— 张鹏（结构生物学家，主要利用晶体学和冷冻电镜技术；中科院分子植物科学卓越创新中心研究员） /p br/ br/ p style=" text-indent: 2em " AlphaFold 目前还不能预测复杂的分子机器，主要是因为蛋白 - 蛋白相互作用非常复杂，存在极多的可能性。实验手段所揭示出来的蛋白 - 蛋白相互作用方式还只是冰山一角，更何况在不同生理条件和过程中的结构变化。因此，未来对有特定功能的、多个成分组成的、生物大分子复合体的结构解析，以及体内的结构分析，将成为结构生物学实验研究的主要内容。无论有没有 AlphaFold，结构生物学也正在朝这个方向发展。 /p p style=" text-indent: 2em " Rosetta（注：从头蛋白结构建模算法）也好，AI 也罢，结构预测都是基于已有的实验数据够大。没有足够的数据积累，这些基于统计和数据库的预测就无法实现。完全基于物理学和化学第一性原理的结构预测还没有出现。 br/ 实验科学永远是探索未知的必要手段。新的软件算法应该是成为实验科学家的更有力工具，而不是取代实验科学。 /p p br/ /p br/ p style=" text-align: left text-indent: 2em " —— 王宏伟（cryo-EM 专家，清华大学结构生物学高精尖创新中心执行主任，清华大学生命科学学院院长） br/ br/ br/ br/ & nbsp & nbsp & nbsp 最近两年，结构生物学领域经历了与围棋界类似的故事。Alphago Fan 版本时围棋界并不认为它能够战胜人类顶尖高手，可是 Alphago Lee 后整个围棋界甘拜下风，并且转向 AI 拜师学艺。2018 年 Alphafold 出现时，实验结构生物学领域认为被战胜的仅仅是传统的结构预测领域，2020 年 Alphafold2 之后，实验结构生物学领域应该开始思考如何与之共存以及如何「拜师学艺」了。 /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " br/ & nbsp & nbsp & nbsp 目前阶段人工智能在围棋上已经远远超过人类顶尖棋手，但是人类围棋比赛并未因此取消，如同汽车发明后奥林匹克仍然在进行田径比赛一样。原因之一是人工智能虽然超越了人类，但并未解决围棋的最终解。同样的道理，对于复杂的结构生物学问题，预测手段本身还不能号称完全解决了问题。 /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " br/ & nbsp & nbsp & nbsp 实验结构生物学领域接下来需要做的一个事情是要拥抱变化，更好地与预测方法结合以及共同发展。 /p br/ p style=" text-align: right text-indent: 2em " —— 周强（cryo-EM 专家，西湖大学生命科学学院特聘研究员） /p p br/ /p p br/ /p p style=" text-indent: 2em " 蛋白质体系越大，结构的解析越难仅依赖计算方法。Cryo-ET& nbsp (冷冻电镜断层成像)& nbsp 技术擅长解析体外难表达的大分子机器结构、细胞中的原位蛋白结构等复杂体系，因此很难被脱离实验手段的方法取代。目前，由于体系过于复杂，使用分子动力学模拟整颗病毒尚未实现，要模拟细菌、细胞、组织，还要很长的路要走。 /p p br/ /p

LIGA 是德文的制版术Lithographie，电铸成形Galvanoformung 和注塑Abformung 的缩写。自20世纪80年代德国卡尔斯鲁厄原子核研究所为制造微喷嘴创立LIGA技术以来，对其感兴趣的国家日益增多，德、日、美相继投入巨资进行开发研究。该技术被认为是最有前途的三维微细加工方法，具有广阔的应用前景。与传统微细加工方法相比，用LIGA技术进行超微细加工有如下特点：1.可制造有较大深宽比的微结构。2.取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等。3.可制作任意复杂图形结构，精度高。4.可重复复制，符合工业上大批量生产要求，成本低。LIGA的基本工艺流程如下：x射线掩模制作首先用电子束或激光对薄光刻胶进行第一次曝光，制成初级掩膜，然后经过显影、电镀等工艺步骤制成初级微结构掩膜板（此掩膜板本质上已经是一个高度较低的微结构）。对于高深宽比微结构，需要进一步制备额外的高深宽比掩膜板。X射线光刻(Lithographie)借助上述的初级微结构掩膜板，在厚光刻胶上用X射线进行曝光，然后经过显影、电镀等工艺步骤制成中级微结构掩膜板。由于同步辐射设备KARA(原ANKA)提供的平行x射线束，可确保高纵横比和光滑的侧壁。电镀(Galvanoformung)将上述步骤获得的光刻胶模具置于金属电镀液中进行电镀，即可实现高纵横比、高精度结构的金属零件。聚合物成型(Abformung)为了复制聚合物基板上的精密结构，可以使用上述工艺制作注塑和热压花用的模镶件。可实现微聚合物结构的精确复制。因此LIGA工艺制造的微结构聚合物和金属零件在x射线光学领域有着广泛的应用，包括在在科研机构和工业领域。 在之前的文章中我们介绍了LIGA工艺制造的光栅在X射线相衬成像领域的应用。今天我们准备给大家介绍它在X射线显微学中的应用。X射线显微学目前基于X射线光管的纳米成像的主要结构有两种技术路线(基于同步辐射的CDI等成像技术，今天暂不做讨论)： 1.投影几何放大技术2. 基于菲涅尔波带片的扫描透视显微技术或全场透视显微技术等全场透视显微光路扫描透视显微技术上述方法中的Condenser lens通常使用复制技术、或者玻璃毛细拉伸技术来实现；用于聚焦或目镜的菲涅尔波带片（FZP）通常使用电子束光刻和干法刻蚀等复合技术来加工，今天我们着重介绍一下使用LIGA技术加工光束截止器（central stopper 或者central beam stop）和级次选取针孔Order select aperture。 X 射线波带片结构为一系列明暗相间的同心圆环，如上图所示中，每个环带的面积相等，这些明暗相间的圆环分别使用入射X射线透明与不透明的材料，从而使通过相邻透过或不透过的光程相差一个波长，从而在焦点上发生透过不同环带的相同位相光线的叠加。在扫描透视显微光路中为保证只有一阶衍射光入射到样品上，所以选用使用适当尺寸和吸收体厚度的级次选取针孔（OSA）和光束截止器（Central beam stopper）及其他们放置的位置是非常有必要且关键的。基于成熟的LIGA技术，Microworks公司制造一批多功能、性价比高且性能优越的级次选取针孔（OSA）和光束截止器（Central beam stopper）。光束截止器（Central beam stopper）基本参数吸收材料金厚度80µmBeamstop尺寸10 µm to 160 µm，间隔10 µm开口尺寸650 µm载体薄膜自支撑结构，每个圆柱体由3个宽2.5µm的薄鳍支撑。总尺寸4.5mm*4.5mm安装建议光束截止器非常稳定，可以使用简单支架夹持制作过程视频展示级次选取针孔（OSA）同时我们可以根据您的要求定制孔径和光束截止器。选项包括特定形状、大小、高度和或者特定的阵列等。北京众星联恒科技有限公司作为Microworks公司中国区授权总代理商，为中国客户提供Microworks所有产品的售前咨询，销售及售后服务。我司始终致力于为广大科研用户提供高端的x射线、极紫外产品及解决方案。参考文献：Ohigashi, T., et al. (2020) A low-pass filtering Fresnel zone plate for soft x-ray microscopic analysis down to the lithium K-edge region. Review of Scientific Instruments.李艳丽, 陈代谢, 孔祥东, 门勇, 韩立. X射线波带片的应用及制备[J]. 纳米技术, 2019, 9(2): 41-54.http://x-ray-optics.de/index.php/en/

在实验中，科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上，在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。 　　北京时间1月30日消息，据国外媒体报道，美国国家加速器实验室近日利用世界上最强大的X射线激光器--直线加速器相干光源激光器再现恒星内部强大的压力与高温情形。这种激光器的激光能量迸发可超过一个小国家全年的发电总量。 　　在实验中，科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上，在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。金属在如此短的时间内被熔化，其所产生的极度高温和高压状态，通常只有在恒星内部才会出现。 　　英国牛津大学物理系科学家萨姆-文科博士等人参与了直线加速器相干光源激光器实验。文科博士表示，“如果我们要想了解现存恒星内部的情形以及我们太阳系内外巨型行星中心的情形，那么制造高温、高密度的物质非常重要。直线加速器相干光源激光器是一台神奇的机器，我们已经在多个科学领域取得了重大发现，如材料科学、生物学等。” 　　直线加速器相干光源激光器的实验成果近日发表于《自然》杂志之上。直线加速器相干光源长约2公里，可以产生密集的X射线爆发，亮度超过地球上任何光源10亿倍。在高峰时，光脉冲的能量甚至比一些小国家一年的发电总量都要多。

位于德国汉堡的“欧洲X射线自由电子激光”项目的核心工程——3条地下隧道30日正式动工，预计2014年完工，2015年可进行首次科研实验。 　　据德国媒体报道，欧洲X射线自由电子激光设施是世界上首个能产生高强度短脉冲X射线的激光设施。这一大型科研项目由德国牵头，欧洲11个国家共同合作，总耗资达10亿欧元。这3条直径不同的地下隧道总长度接近6公里。 　　欧洲X射线自由电子激光设施建成后，能产生波长从0.1到6纳米间可调的、极高强度的飞秒(1飞秒等于千万亿分之一秒)级短脉冲X射线相干光。其应用范围将涉及从材料物理学、纳米科学到结构生物学等广泛领域，将为人类认识微观世界打开全新视野。

澳大利亚科学家使用硫化锡（SnS）纳米片制造了迄今最薄的X射线探测器。新探测器厚度不到10纳米，具有灵敏度高、响应速度快的特点，有助于实现细胞生物学的实时成像。　　SnS已经在光伏、场效应晶体管和催化等领域显示出巨大的应用前景。澳大利亚莫纳什大学、澳大利亚研究理事会（ARC）激子科学卓越中心的研究人员此次证明，SnS纳米片也是用作超薄软X射线探测器的极佳候选材料。这项发表在《先进功能材料》杂志上的研究表明，SnS纳米片具有很高的光子吸收系数，它比另一种新兴候选材料金属卤化物钙钛矿更灵敏，响应时间更短，只需几毫秒，并且可以调节整个软X射线区域的灵敏度。　　X射线大致可分为两种：“硬”X射线可用以扫描身体观察是否存在骨折和其他疾病；“软”X射线具有较低的光子能量，可用于研究湿态蛋白质和活细胞，这是细胞生物学的关键组成部分。水窗是指软X射线的波长范围在2.34—4.4纳米之间的区域，在此范围内，水对软X射线是透明的，X射线会被氮原子和其他构成生物机体的元素吸收，因此，该波长可用于对活体生物样本进行X射线显微。　　SnS X射线探测器厚度不到10纳米。相比之下，一张纸的厚度大约为10万纳米，人的指甲每秒大约长出1纳米。此前制造出的最薄X射线探测器厚度在20—50纳米之间。　　研究人员称，未来这种X射线探测器或可用来观察细胞相互作用的过程，不仅能产生静态图像，还能看到蛋白质和细胞的变化和移动。　　研究人员称，SnS纳米片的灵敏度和效率在很大程度上取决于它们的厚度和横向尺寸，而这些都不可能通过传统的制造方法来控制。使用基于液态金属的剥离方法，研究人员生产出高质量、大面积的厚度可控的薄片，这种薄片可以有效地探测水域中的软X射线光子，通过堆叠超薄层的过程，可进一步提高它们的灵敏度。与现有的直接软X射线探测器相比，它们在灵敏度和响应时间方面有了重大改进。　　研究人员希望，该发现将为研制基于超薄材料的下一代高灵敏度X射线探测器开辟新途径。

加利福尼亚州阿西洛马-2019年4月8日-在第60届实验核磁共振会议上（ENC）今天，Bruker公司宣布在超高场（UHF）高分辨率NMR波谱学中取得突破性进展，该成果将应用于结构生物学和固有无序蛋白（IDPs）的研究。UHF NMR技术与X射线晶体学或低温EM等其它结构生物学分析方法互为补充，可以提供溶液和生理条件下的蛋白质分子动力学、功能性折叠以及与药物分子的结合等信息。布鲁克在2018年末成功地推出了世界上第一台稳定且均匀的标准腔 Ascend 1.1GHz NMR磁体。该磁体的开发旨在满足科学家们在研究更大分子量的蛋白质，功能无序性和大分子复合物过程中日益增加的灵敏度和更高分辨率的科学需求。最近几个月，Bruker和一些重要的UHF合作者在Bruker瑞士的GHz级磁体工厂通过一系列高分辨率和固态NMR实验展示了这一前沿技术的强大功能和优势。多年来，高分辨率NMR仅限于23.5特斯拉的磁场，相当于1.0GHz的质子（1H）共振频率。这个限值是由金属低温超导体（LTS）的物理性质决定的，第一台Avance 1000 NMR波谱仪是2009年在法国里昂的超高场磁共振中心实现的。高温超导磁体（HTS）最早发现于20世纪80年代，它为在低温下获得更高磁场打开了一扇大门，但YBCO HTS磁带制造和超导磁体技术中的巨大的挑战使得UHF进一步发展直到最近都令人望而生畏。Bruker的新型高分辨率1.1GHz磁体的推出很好地证明了新的LTS-HTS混合磁体技术的可行性，在HTS材料制造，测试和磁带连接以及UHF磁体稳定，均匀性，淬火保护和动力控制领域都取得了巨大的进步。布鲁克Biospin集团总裁Falko Busse博士说：“这款破纪录的25.9特斯拉NMR谱仪很好地展示了我们在LTS-HTS混合超导磁体领域以及UHF NMR探头和谱仪开发领域的技术能力”。“Bruker很自豪能够再次为生命科学研究界提供一种全新频率的NMR波谱仪，来推动生物化学，结构生物学和材料学走在研究的前沿。这个1.1GHz的系统也是我们开发第一个1.2GHz NMR磁体过程中的关键一步。”来自意大利佛罗伦萨大学磁共振中心和化学系的Lucia Banci和Claudio Luchinat教授是布鲁克UHF项目的长期合作伙伴，有望完成世界上第一台高分辨率1.2GHz波谱仪。在1.1GHz系统上进行实验后，他们表示：“我们对关于UHF NMR的这一重要成就表示赞赏。我们用一个3毫米TCI超低温探头在这种场强下实现了1.1GHz，不能不说这一进步十分惊人，这让我们能够在原子分辨率水平上更详细地研究固有无序蛋白质的结构。在1.1GHz谱仪上采集的实验数据很好地展示了超高场NMR实验的优点，我们期待着不久的将来能够在1.2GHz谱仪上进行实验。”“我们对布鲁克的UHF磁体技术印象深刻，这让我们可以和111 kHz魔角旋转（MAS）固态NMR探头一起进行测试。一位来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的1.2GHz潜在用户Beat Meier教授这样说道，“明显提升的灵敏度将是生物和生物医学研究中成功的一个关键点，例如针对蛋白质复合物和阿尔茨海默-β纤维。”来自苏黎世联邦理工学院（ETH）的Matthias Ernst教授继续说道：“这种新仪器的灵敏度令人印象深刻，高速MAS下质子检测的新应用将成为可能。此类新型高温超导磁体的均匀性是无可挑剔的，符合我们对均匀性的严格要求，这也是领域里一直备受关注的问题。”德国哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所主任兼研究员的Christian Griesinger博士观察到：“结合静态X射线结构，这1.1GHz数据首次定量解释了FRET（福斯特共振能量转移）效率。这一量化结果为传感器研究开发人员进一步优化钙离子传感器打下了坚实的基础，钙离子传感器是利用空间分辨荧光分析技术测量神经元中钙浓度的关键点，因此也是神经生物学中必不可少的工具。我们期待着1.2GHz波谱仪的诞生，并把它用于目前的项目中来表征固有无序蛋白质的液滴和低聚物，这些蛋白质是许多疾病的主要参与者，例如神经变性和癌症。这些重要的无序系统目前无法用结构生物学中的其他方法，如X射线结晶学或低温电子显微镜，以埃分辨率进行研究。”来自田纳西州孟菲斯市St. Jude儿童研究医院的结构生物学系主任Charalampos Kalodimos博士说，一旦工厂完成所有测试，他们有望获得世界上第一台1.1GHz NMR光谱仪。他又补充道：“我们期待着今年晚些时候，我们的机构将收到第一台1.1GHz NMR波谱仪。1.1GHz系统将是我们在动态分子机器领域进行研究的最重要的工具，例如对分子伴侣和蛋白激酶的研究。我们对布鲁克能够取得这一巨大的技术成就表示由衷的赞美。”布鲁克公司今天还宣布，它已收到德国柏林Leibniz Forschung分子药理学研究所教授Hartmut Oschkinat和Adam Lange的1.2GHz NMR系统的额外采购订单。Bruker公司现在总共已收到九台1.2GHz NMR波谱仪的采购订单，到目前为止全部都在欧洲。关于布鲁克公司布鲁克公司致力于为科学家们创造有利条件，实现技术突破，并且开发一系列全新的应用程序，以便提高人们的生活质量。科学家们借助于布鲁克公司的高性能科学仪器以及高价值分析和诊断解决方案，能够在分子、细胞和微观层面对生命和物质进行研究和探索。布鲁克公司与客户密切合作，在生命科学分子研究、应用和制药应用、显微镜和纳米分析、工业应用、细胞生物学、临床前成像、临床表型组学和蛋白质组学研究，以及临床微生物学领域推动创新，提高生产力，并且为客户实施的方案和项目助一臂之力。

英国《自然》杂志28日公开的一篇论文，描述了一种集磁共振成像和伽马射线成像优点于一身的新型光谱成像技术，有望为开发新型医学诊断工具打下基础。　　磁共振成像是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。这是医学领域非常重要的诊断工具，因为它具有卓越的空间分辨率，能够分辨图像中的个体特征。而伽马射线探测器则具有高度敏感性，可用于探测微量放射性示踪剂。这些示踪剂能够定位特定的目标，因此这种图像可用于诊断癌细胞的分布和数量以及脑和心血管畸形。一直以来，这两种技术各有千秋，但双方的优点却很难兼得。　　此次，美国弗吉尼亚大学研究人员高登盖茨、威尔逊米勒及其团队成员，发明了一种全新的成像技术，先利用磁共振收集空间信息，再利用伽马射线收集图像信息。研究人员通过在玻璃槽中进行放射性原子成像操作，证明了该技术的可行性。而传统的磁共振成像方法需要几十亿甚至更多的原子才能生成图像。　　在目前阶段，如使用该技术获取示例图像的数据，大约需要60个小时，这对于临床应用而言并不理想。不过论文作者提出，虽然该技术手段在某些方面仍需改进，譬如说处理速度，但提高探测器的规模或者放射性示踪剂的数量或有助于克服这些问题。　　在论文随附的新闻与观点文章中，英国诺丁汉大学科学家认为，该技术将有助于生物学和非生物学系统的研究。

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Rappsilber, Juri. 2011. The Beginning of a Beautiful Friendship: Cross-Linking/Mass Spectrometry and Modelling of Proteins and Multi-Protein Complexes. Journal of Structural Biology. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2010.10.014. /p p 　　2. Yu and Huang. 2017. Cross-Linking Mass Spectrometry (XL-MS): An Emerging Technology for Interactomics and Structural Biology. Analytical Chemistry. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b04431. /p p 　　3. Schmidt and Urlaub. 2017. Combining Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM) and Cross-Linking Mass Spectrometry (CX-MS) for Structural Elucidation of Large Protein Assemblies. Current Opinion in Structural Biology. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2017.10.005. /p p 　　4. Murata and Wolf. 2019. Cryo-Electron Microscopy for Structural Analysis of Dynamic Biological Macromolecules. Biochimica et Biophysica Acta (BBA). https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2017.07.020. /p p 　　5. Lyumkis. 2019. Challenges and Opportunities in Cryo-EM Single-Particle Analysis. Journal of Biological Chemistry. https://doi.org/10.1074/jbc.REV118.005602. /p p 　　6. Henry N., et al. 2019. Lipidated apolipoprotein E4 structure and its receptor binding mechanism determined by a combined cross-linking coupled to mass spectrometry and molecular dynamics approach. Plos Computer Biology. doi: 10.1371/journal.pcbi.1006165. /p

尊敬的各位女士、先生： EDAX公司是国际上能谱仪（Energy Dispersive X-ray Microanalysis）、电子背散射衍射（Electron Backscatter Diffraction）和微聚焦X-射线荧光能谱仪（Micro X-ray Fluorescence systems）技术的领先者。EDAX公司生产、销售和服务于高品质的产品和系统，应用于半导体、金属以及地质学、生物学、材料学和陶瓷等主要领域。 自1962年成立以来，EDAX公司利用其知识和专有技术，研发了超灵敏硅辐照传感器、数字电路和专用应用软件，促进了研究、发展和工业应用的进展。 EDAX公司现在是AMETEK集团公司的材料分析部。AMETEK集团公司是全球领先的电子仪器和电动马达的制造商，年销售额超过18亿美圆。 为了提高用户使用能谱的能力，以及考虑到一些公司人员的更新，增加用户之间的交流，EDAX公司拟于2008年10月20至10月24日，在四川省成都市西南交通大学，举办EDAX公司GENESIS能谱仪用户培训班。届时EDAX公司将派出技术人员进行讲授并解答技术问题。本基本培训内容如下： 1. 能谱仪的原理、使用、操作及维护。 2. 谱线分析，元素的定性、定量分析，以及提高分析准确性的有关技术问题。 3. 元素的面分布、线扫描及其它可选软件的使用。 培训课程安排见附页。 注意：参加培训班的食宿及差旅费自理。我们将协助各位联系住宿地。请在10月15日以前回电话、传真、E-mail 或将回执寄至我公司北京办公室李宜增女士收，电话、地址及邮编请见页脚（E-mail：yi.zeng.li@ametek.com.cn，手机：13601288716）。 成都地区EDAX公司联系人：陈杰，电话：028-68758111，手机：13880831139。 会议地点：镜湖宾馆会议室。上机地点：西南交通大学材料学院。 外地用户可于10月20日在酒店报到，当地用户可于10月21日在会议室报到。 此致 AMETEK公司北京代表处EDAX部门 2008年9月18日

p 　　中科院上海药物研究所徐华强研究员领衔的国际交叉团队经过联合攻关，成功解析了磷酸化视紫红质(Rhodopsin)与阻遏蛋白(Arrestin)复合物的晶体结构，并破解了负责关闭GPCR传导信号的磷酸化密码。7月27日，相关研究成果以封面文章发表于《细胞》杂志。 /p p 　　生命的功能是依靠信号传导密码来体现或来执行的。G蛋白偶联受体(GPCR)是人体内最大的细胞膜表面受体家族，通过G蛋白和阻遏蛋白这两条主要信号通路，承担着细胞信号转导的“信号兵”的职责。当受到外界信号刺激，GPCR激活G蛋白发出“开放”信号。而“关闭”信号的则来自于磷酸化密码——GPCR尾部一旦被磷酸化，随即将激活阻遏蛋白并与之形成紧密结合为复合物，从而关闭传导信号。因此鉴定与解释GPCR磷酸化密码是当今细胞信号传导领域的重要科学问题。 /p p 　　据悉，徐华强领衔的交叉团队在2015年成功解析GPCR与阻遏蛋白复合物的完整复合体结构的基础上，对于该结构的尾部高分辨率结构与磷酸化机制展开攻关。 /p p 　　“我们利用世界上最强X射线激光，看清楚了复合晶体的尾部结构信息，并从中解析了其尾部磷酸化招募并与阻遏蛋白结合的过程。”徐华强将研究过程比喻为生命密码的层层解密，“为了验证磷酸化密码的普适性，我们试验了96%的GPCR蛋白，发现70%-80%GPCR的“关闭”信号都由磷酸化密码控制。”最后通过一系列验证生物学功能验证，GPCR招募阻遏蛋白的磷酸化密码就此破解——GPCR通过其尾部氨基酸的磷酸化招募并与阻遏蛋白结合，同时发现该密码对整个GPCR蛋白组具有普遍性。 /p p 　　据了解，结构生物学的重大突破往往与同步辐射光源+X射线自由电子激光的组合密切相关。目前全球已有6个这样的组合，分别位于德国、美国、日本、韩国、瑞士和意大利。 “我们非常期待我国自有的重大科技基础设施，如正在建设与推进中的软X射线与硬X射线自由电子激光装置。”徐华强表示，“这些大科学平台能够为科学家提供更先进、丰富的综合实验手段。” /p p 　　据介绍，这项研究获得国家“重大新药创制”重大专项、973、先导专项以及国际项目等基金的资助。合作研究机构包括加拿大多伦多大学、斯克利普斯研究所、德国Desy自由电子激光科学中心、德国汉堡超快成像中心、加州大学洛杉矶分校、南加州大学、上海科技大学和范德堡大学等。 /p

Chi-Chang Kao 图片来源：SLAC 　　随着一位X射线专家的走马上任，某种意义上讲，位于美国加利福尼亚州的斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室完成了从单纯粒子物理学实验室向着重于X射线研究的综合实验室转变的重要一步。 　　自11月1日起，Chi-Chang Kao接掌国家加速器实验室。该实验室由美国能源部(DOE)所有，斯坦福大学负责管理。Kao将接替自2007年12月起担任主任的粒子物理学家Persis Drell，指导实验室完成质的转变。 　　现年53岁的Kao，2010年加入SLAC，担任斯坦福同步辐射光源(SSRL)实验室副主任。1988年~2010年，Kao供职于美国能源部布鲁克海文国家实验室，2006年开始担任该实验室下属的国家同步幅射光源部的主席。 　　在接受《科学》杂志采访时，Kao表示，除了继续维持SLAC的现有项目外，他希望加强能量相关基础研究，包括蓄能、太阳能技术和催化技术等。不过，他也承认，在现有联邦政府预算环境中，实现这些增长是一种挑战。“我们拟定了非常积极的发展议程，但是这些需要DOE财政预算的支持。”他说。SLAC的年度预算大约为3.24亿美元，并且大约有1700名员工。 　　仅仅数年前，SLAC是世界顶级专注于粒子物理学研究的实验室之一。通过借助实验室先进的设备，这里的物理学家摘得3个诺贝尔奖桂冠。2008年SLAC关闭了最后一个粒子加速器，2009年4月，启动直线性连续加速器光源(LCLS)。无数研究人员蜂拥到“光源”进行材料科学、凝聚态物理学、化学和结构生物学等领域的试验。 　　实际上，“选择Kao非常简单”。SLAC副主席William Madia表示，“他的视野很开阔，Kao能从根本上、发自内心地、有组织地理解光源。我们建设了世界上首个X射线激光器，而他充分了解我们能利用这个宏伟的设备做什么。” 　　对于Kao的管理风格而言，同事坦言，他友好、开放和周到。“他天生就是领导的料。”在布鲁克海文与Kao共事22年之久的Peter Siddons说。

p style=" text-align: justify " strong & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 仪器信息网讯 /strong 近年来，随着质谱技术的发展，从最早的无机质谱到现在有机、生物、医学质谱广泛应用，质谱从一个前沿的科研仪器设备越来越多的参与到我们日常的生活当中。以往，各类质谱学术交流活动虽然很多，但多集中于学科内部交流，不同领域之间的交流较少。所以，需要一个统一的质谱学术会议来聚合各领域的质谱同仁，相互交流合作，共同推动中国质谱的发展。 br/ /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 为此，由中国质谱学会（中国物理学会质谱分会）、中国化学会质谱分析专业委员会和中国仪器仪表学会分析仪器分会质谱仪器专业委员会联合主办的新一届的“2018年中国质谱学术大会”将于2018年11月23-26日在广州市举办。本次大会，作为三大学会第一次联合举办的质谱大会，标志着中国质谱发展迈入新时代。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 在大会举办前夕，仪器信息网特别采访了北京生命科学研究所董梦秋研究员，请她谈谈质谱技术在结构生物学研究中的应用以及运用信息化的手段提高质谱数据的解析能力。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/60318570-c972-4ce9-9069-00953b47220b.jpg" title=" 图片 1.png" alt=" 图片 1.png" / /p p style=" text-align: center " 北京生命科学研究所董梦秋研究员 /p p strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai font-size: 20px color: rgb(128, 100, 162) " 化学交联质谱 解开结构生物学难题 /span /strong /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 质谱技术，是现代科学中应用范围最广的分析技术之一，几乎每天都会有关于质谱的新方法、新应用诞生。一直以来质谱技术就是用来鉴定蛋白质种类、蛋白质组成的强有力工具，随着技术发展，质谱也开始用于探究蛋白质结构和动态，在结构生物学领域的重要性愈发凸显。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 传统结构生物学主要是通过物理的手段，包括X-射线、核磁共振、电镜等，来确定生物大分子的三级结构，以及生物大分子如何组装成更大的复合体（四级结构），从而探讨生物大分子或其复合体的工作原理。董梦秋介绍说，现在结构生物学研究的蛋白质复合体越来越大，种类、状态越来越多，即使有强大的电镜和晶体学手段也不一定能看清所有的关键性的结构细节、状态间的差异。另外，建立结构模型往往需要先确定组成亚基的化学计量比。这些需求带动了交联质谱、native MS和氢氘交换等技术的应用和发展。“看看结构文章的作者名单就知道，很多都有质谱专家的身影。” /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 化学交联质谱（CXMS），主要通过在蛋白质样品中添加化学交联试剂，使蛋白质中两个氨基酸发生交联反应，通过酶切获得多种多样的交联肽段。由于交联反应的发生需要满足交联试剂的特异性以及空间距离的要求，因此，获得的交联位点对信息为结构计算提供了距离约束，可以帮助判断蛋白质或蛋白质复合体的结构。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 董梦秋表示，她的团队一直致力于化学交联质谱相关研究工作，开发出了一整套基于高分辨质谱的化学交联肽段的分析方法，并把它拓展到蛋白质二硫键以及蛋白质溶液构象的动态分析上。同时，她的团队也积极与人合作，不断地将这种最新的蛋白质结构分析方法应有于具体的生物学研究当中。为了满足实际应用中遇到的各种需求，董梦秋实验室还与计算机软件设计团队以及有机合成实验室通力合作，不断完善化学交联多肽的质谱鉴定软件和开发新型化学交联剂，相关成果多次发表在Nature Methods等顶级期刊。 /p p strong span style=" font-size: 20px font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(128, 100, 162) " 跨界合作 提高质谱数据的解析水平 /span /strong /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp pLink，是董梦秋团队与中科院计算机所贺思敏教授领导的pFind团队合作开发的交联质谱鉴定软件。董梦秋介绍说,在这款软件的开发中，她的团队主要负责前端和后端的工作。前端主要是确立质谱分析方法和构建用来训练软件的标准数据集，后端主要是在一轮又一轮复杂度不断增加的测试中找出可能存在的问题，协助提升软件性能、拓展适用范围。两个团队深入交流合作，反复优化软件。“最开始肯定需要人来提炼总结出初步的特征，所以要求对相关的研究特别熟悉，包括最基本的分析、碎片离子代表的肽段类型等。在有一定的积累后，再与编写软件的人分享相关的规律。然后他们以此为基础，进行大规模的统计分析，判断人眼看到的特征是否成立、还有没有其它特征、、出现的频率、在软件中如何使用，等等。” /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 董梦秋表示，pLink软件的目的是成为探索性研究的有力工具，帮助研究人员更准确高效地鉴定交联肽段。所以它需要一个标准数据集，需要大量的已知答案的谱图，去找寻规律并进行软件测试。他们的团队采集了大量的合成肽段的交联质谱数据，将其中的一部分用于训练软件，其余部分用于测试软件的速度和准确度，有多少错判漏判等等。董梦秋也表示，从单一蛋白到蛋白质复合体，再到经过初步纯化甚至未经纯化的蛋白样品，复杂程度不断提升，对软件的要求也在不断提高。除了分析化学水平上的验证，还需要得到生物学层面上的验证。得到有生物学意义的结果是终极目标。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp pLink软件的开发，需要两个团队密切的合作。在刚开始合作的时候，两个团队每个月都要一起开会，针对软件的使用程度、需求等进行交流。直到现在，pFind团队每周都有学生过来交流，还经常对上游实验设计提出很有价值的建议。pLink软件从发表之日起，一直有免费下载，供大家使用。今年年初pFind团队推出了升级版pLink2 （http://pfind.ict.ac.cn/software/plink/），三个季度内已有628个用户注册下载，极受欢迎。 /p p strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai font-size: 20px color: rgb(128, 100, 162) " 学术“减负” 开启中国质谱新时代 /span /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 董梦秋的课题组有两个研究方向，除了质谱技术以外，还做很多衰老生物学方向的研究。她表示，质谱技术是个工具，它要服务的对象是生物、化学、物理、医学等学科，质谱的发展也不能脱离这些学科。把 “用户学科”的需求放在首位，尽力帮助它们解决问题，质谱技术自然就获得了发展的推动力；而质谱技术不断发展，也必然带动化学、物理、工程和计算科学等相关领域的研究不断推进，形成一个正循环。她认为，质谱技术影响力的提升，一句话总结来说就是：“努力使自己更加有用，服务于他人；越有用，越重要，越有影响。” /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 对于本次中国质谱大会，董梦秋表示，物理学会和化学学会的质谱会议合二为一，诞生2018年中国质谱学术大会，开启了学术交流“瘦身健体”的新时代。当前科研人员会议负担过重，以至于有人感叹“不是在开会，就是在去开会的路上，”没有足够的时间沉静下来做科研。学术会议太多，表面上看热热闹闹一片繁荣，实则干扰到正常工作。中国科研就像一个青春期的孩子，快速成长，但也有虚胖的成分。瘦身健体，减负前行，更有利于发展。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 为了支持中国质谱的发展，董梦秋认为把实验室的技术分享给其他人也是非常重要的。她表示，作为今年8月第五届中国计算蛋白质组学研讨会(CNCP-2018)的一部分，实验室跟pFind 团队一起举办了第二届交联质谱分析实验培训，用三天的时间手把手培训了来自来全国各地的十位学员。他们自己动手制样、上机、分析数据，完整体验每一个环节。把经验都分享出去，效果很好。另外，中科院大连化物所许国旺老师的实验室10月份举办代谢组学高级培训班，也给大家提供了很好的学习机会。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 在采访的最后，董梦秋也表示，预祝2018年中国质谱学术大会圆满成功! 为中国质谱新时代、新风尚点赞！向幕后的促成者、组织者致敬！ /p p br/ /p

听用户真实评价，晓新品技术进展！【评新而论】第4期，主角是丹东通达TD-5000 X射线单晶衍射仪，曾获“3i奖-2022年度科学仪器行业优秀新品”。 仪器新品区 丹东通达TD-5000 X射线单晶衍射仪|查看报价参数D-5000 X射线单晶衍射仪主要用于测定无机物、有机物和金属配合物等结晶物质的三维空间结构和电子云密度，分析孪晶、无公度晶体、准晶等特殊材料结构。测定新化合物(晶态)分子的准确三维空间(包括键长、键角、构型、构象乃至成键电子密度)及分子在晶格中的实际排列状况 可以提供晶体的晶胞参数、所属空间群、晶体分子结构、分子间氢键和弱作用的信息以及分子的构型及构象等结构信息。它广泛用于化学晶体学、分子生物学、药物学、矿物学和材料科学等方面的分析研究。X射线单晶衍射仪是以丹东通达科技有限公司为牵头单位，承担的国家科技部-【国家重大科学仪器设备开发专项】立项的高新技术产品，填补国内没有单晶衍射仪研制和生产的空白。“创新100”访谈，仪器信息网就走进丹东通达科技有限公司，带大家了解这家X射线分析仪器及无损检测仪器专业生产企业。详情点击：行走在填补国产衍射仪空白的道路上——“创新100”访丹东通达科技有限公司https://www.instrument.com.cn/news/20230105/647265.shtml“3i奖-2023年度科学仪器行业优秀新品”评选火热进行中！获奖结果将于ACCSI2024中国科学仪器发展年会现场揭晓并颁发证书。时间：4月17-19日地点：苏州狮山国际会议中心详情点击：https://www.instrument.com.cn/accsi/2024/index 日常新品申报入口 ↓↓↓https://www.instrument.com.cn/Members/NewProduct/NewProduct 关于：“3i奖—科学仪器行业优秀新品”（点击查看）仪器及检测3i奖，又名3i奖（创新innovative、互动interactive、整合integrative），是由信立方旗下网站：仪器信息网和我要测网联合举办的科学仪器及检验检测行业类奖项，是随着行业的发展需求，应运而生。从旗下第一个奖项优秀新品奖于2006年创办，3i奖为记录行业发展路上的熠熠星光，截至目前，已设置有12个常设奖项。“科学仪器行业优秀新品”作为3i奖中非常重要的一项，旨在将在中国仪器市场上推出的、创新性比较突出的国内外仪器产品全面、公正、客观地展现给广大的国内用户，同时，鼓励各仪器厂商积极创新、推出满足中国用户需求的仪器新品。“科学仪器行业优秀新品”评选活动已经成功举办了十七届。评选出的年度优秀新品受到越来越多仪器用户、国内外仪器厂商以及相关媒体的关注和重视。经过10余年的打造，该奖项已经成为国内外科学仪器行业最权威的奖项之一，获奖名单被多个政府部门采信，仪器信息网新品首发栏目也成为了国内外科学仪器厂商发布新品的首选平台。

蛋白的结构直接决定着它们的功能，蛋白结构分析能够为人们提供重要信息，帮助人们开发高度靶向性的治疗药物。迄今为止，人们所了解的蛋白结构，大多离不开 X 射线晶体学技术。一个世纪以来，许多诺贝尔奖成果都得益于这一技术。然而，倘若科学家利用 X 射线晶体学技术研究蛋白质结构，需要用许多已知数据，来填补数据的缺口。 　　现在，来自马克斯普朗克医学研究所的科学家与美国SLAC国家加速器实验室合作，开发出了一种 X 射线新技术，从头解析了蛋白质的准确结构，构建了该蛋白的完整 3D 模型，这是蛋白结构分析的一个重要里程碑。 　　溶菌酶(lysozyme)是一种已经被广泛研究的蛋白。研究人员使用直线加速器相干光源 LCLS (Linac Coherent Light Source)和复杂的计算机分析工具，从头生成了溶菌酶的准确模型。 　　一直以来，由于许多重要蛋白的结晶体太小，传统的 X 射线技术难以对其进行分析。而 LCLS 的特殊性质能够帮助人们解析更小的结晶体，揭示更多重要的蛋白质结构。 　　在用 X 射线技术确定蛋白结构时，需要综合海量数据以获得足够准确的信号，对于缺乏参考数据的蛋白来说，并不那么实用。而这项最新实验显示，新 X 射线技术可以从头展现未知生物结构的确切信息。 　　早在数十年前，人们就解析了溶菌酶的结构。现在，研究人员利用这一蛋白，来考量新 X 射线技术的准确性。他们将溶菌酶晶体浸泡在含有钆的溶液中，这种金属与溶菌酶结合，能够在 X 射线的照射下产生强信号。研究者们利用钆原子的这种信号，对溶菌酶分子的结构进行了准确的重建。 　　研究人员计划进一步调整和改善这一技术，将其应用于更多更复杂的蛋白质，如膜蛋白。膜蛋白承担了大量的重要细胞功能，是新药研发中的重要靶标，然而人们目前只知道少数膜蛋白的结构。 　　令科学家备受鼓舞的是，由于这项极具里程碑意义的研究，X 射线技术将迎来新的机遇，可以解析更小样本的3D结构。 　　LCLS 在短短几年的应用中就获得了如此成就，这让研究人员相信 X 射线检测设备、相关软件、以及结晶技术的进一步发展，会在不久的将来催生更多的新成果。