程亦凡

p 　　如果在两年前，我们说冷冻电镜(cryo-EM)是结构生物学研究的重要工具，很多人都应该不以为然。毕竟虽然冷冻电镜和X射线晶体学、核磁共振被称作结构生物学研究的三大利器，但不得不承认冷冻电镜是三者当中最弱的一种技术手段，在现在已解析的一千多种膜蛋白结构当中，90%以上都采用的是X射线晶体学方法，而核磁共振在小分子量的蛋白结构解析中也发挥了重要的作用。 /p p 　　然而2013年12月5日，美国加州大学旧金山分校副教授程亦凡与同事David Julius两个实验室合作，采用单电子计数探测器，以近原子分辨率(3.4 埃)，确定了在疼痛和热知觉中起中心作用的一种膜蛋白TRPV1的结构，这一振奋人心的成果让研究人员们开始重新审视冷冻电镜在结构生物学研究中的所能发挥的作用。毕竟和X射线晶体学方法相比，它所需的样品量很少，也无需生成晶体，这对于一些难结晶的蛋白质的研究带来了新的希望。 /p p 　　日前，在“2014冷冻电镜三维分子成像国际研讨会”召开期间，仪器信息网编辑特别采访了前来参加会议的程亦凡，请他介绍了研究所用的新型探测器件对提升冷冻电镜分辨率的影响，冷冻电镜技术的发展是否意味着X射线晶体学时代的结束?冷冻电镜未来的发展方向及需要关注的问题? /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" HEIGHT: 467px WIDTH: 350px" alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/201481813938.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 美国加州大学旧金山分校副教授程亦凡 /strong /p p span style=" COLOR: #0000ff" 　 strong 　采用直接电子探测技术使冷冻电镜的分辨率达到近原子分辨率水平 /strong /span /p p 　　尽管人们早已认识到，冷冻电镜有潜力达到原子级别的分辨率，但现在要实现这一点还面临着许多的挑战。在程亦凡的研究中，他的实验室参与了对冷冻电镜所用的相机进行的改进，和单电子计数探测器的研发。单电子计数探测器是一种直接电子探测器件，能够直接检测电子，而不需要像传统CCD相机那样先将电子转换成光子，然后再转化为光电子进行探测。 /p p 　　程亦凡介绍说：“传统的CCD相机的DQE(检测量子效率)在低频仅为30%左右，高频则更低，严重影响了高分辨率信息的采集。因而研发新的探测器来提高分辨率是冷冻电镜研究的一个重要课题。这方面的研究主要是由我在UCSF的同事和合作者David Agard教授，以及英国MRC的Richard Henderson教授, 和UCSD的几位教授推动的。他们在很多年前就都预见到相机开发对电镜技术是一件很重要的事情。可以说David Agard非常有远见，他预见到单电子计数的重要性，并决定要和Gatan一起做单电子计数探测器，而其他几家公司觉得单电子计数很难有实际应用。” /p p 　　“从2010年开始，三年多的时间里，我们和Gatan公司及Lawrence Berkeley国家实验室合作，在看不到前景的情况下，我们不断的摸索。最终通过快速读取与几乎无噪音的电子计数组合，将相机的检测量子效率提升到70%。通过实验，我们也找到了单电子计数相机的最佳使用条件，并结合软件算法的改进，使图像模糊得以校正，实现了近原子分辨率。”程亦凡说道。 /p p 　　目前，这种单电子计数相机已经由Gatan商业化，即K2 Summit Direct Detection Camera。其他两家公司(FEI和Direct Electron)也推出了直接电子探测相机，但都不是单电子计数。据介绍，直接电子探测相机的价格都比较贵，对任何一个单位来说都是一笔很大的投资，如果要推广，价格将是一个很关键的限制因素。“但是现在看来，有没有直接电子探测相机几乎决定一个电镜实验室有没有机会在激烈的竞争之中站有一席之地。就像在一场球赛中决定你是在场上参加比赛的球员，还是在场外的观众。这对那些现在还没有装备这类相机的电镜实验室产生了很大的压力。”程亦凡说。 /p p span style=" COLOR: #0000ff" 　 strong 　冷冻电镜的发展是否意味着X射线晶体学时代即将结束? /strong /span /p p 　　不用结晶直接解析蛋白质结构，并达到近原子分辨率，这无异于是一场革命。那么，冷冻电镜技术的发展是否意味着X射线晶体学时代即将结束呢?在程亦凡看来，现在不会，将来也不会。 /p p 　　他说：“就目前来说，虽然冷冻电镜的分辨率有了很大的提升，比如我们可以看清小分子与蛋白质间的结合位点，但还无法看清楚小分子和蛋白质是如何结合在一起的。这一点，冷冻电镜和X射线晶体学技术相比还是有差距的。现在冷冻电镜技术的发展已经引起做基础研究的人的兴趣，但制药公司还在观望当中。如果冷冻电镜的分辨率能达到2埃左右，那对于药物设计和筛选就非常有帮助，而且制药公司在研发方面的投入远远大于基础科研，如果他们认可这一技术，将带来很大的市场。现在应用X射线晶体学技术的实验室，将来都会用到电镜技术。这样的话，很多科研单位和制药公司不会只配置一台电镜，而会是几台电镜配套。同时他们对于冷冻电镜人才的需求相应也会加大。和X射线晶体学相比，冷冻电镜实验室培养的学生还太少，远不能满足需求。” /p p 　　“而未来，一个实验室只掌握单独的一样技术是不够的，结构解析当中，我们可以用不同的方法来做，没有固定的模式，就看哪条路走的快了。此外将来的结构生物学研究，不再仅是解析结构，而是更加注重解决实际的生物学问题。生物学问题的系统性和复杂性需要我们从各个方面，结合各种技术来解决，单一的技术肯定是不够的。所以，随着冷冻电镜技术的发展成熟，它会和X射线晶体学成为结构生物学研究中相辅相成的技术手段，而不是将其取代。”程亦凡说道。 /p p span style=" COLOR: #0000ff" 　　 strong 冷冻电镜的发展还需要解决和关注哪些问题? /strong /span /p p 　　对于冷冻电镜发展需要解决的问题，程亦凡表示主要是进一步提高分辨率，以及形成流程化的操作。 /p p 　　程亦凡说：“虽然和过去相比，冷冻电镜的分辨率有了很大提升，但目前还是徘徊在3埃左右，仿佛有一堵看不见的墙，如果能进一步突破达到2埃左右，将是一件非常有挑战和令人激动的事情。但我们现在还不知道具体是什么原因限制了分辨率的提升，仪器、相机、样品制备、软件等的改进都可能带来新的突破。” /p p 　　对于要形成流程化操作，程亦凡这样说道：“目前电镜还没有像X射线晶体学那样形成流程化的操作，一个实验室想在1-2年内熟练掌握这一技术很难。我们希望在今后3-5年内，能将冷冻电镜形成流程化的技术，降低进入这一领域的技术门槛，让更多的人能接受和了解，这样冷冻电镜技术才能真正推广开来。” /p p 　　采访中，程亦凡特别对冷冻电镜研究圈子的文化氛围提出了自己的担忧和看法。他说：“技术的发展对于文化的冲击是很大的，有时我们可能没有意识到它。目前，X射线晶体学和冷冻电镜这两个领域的文化就非常不同。X射线晶体学技术比较成熟，因而每个样品的研究周期比较短，竞争也非常激烈，大家相互间的交流就很少，各自的研究内容在发表前也都是保密的。而冷冻电镜领域，在过去十几年间，我们彼此都大概知道每个实验室在研究什么，然后尽量避免研究同样的东西。这样做一是由于领域小，大家相互间都比较友好 另外更主要的是冷冻电镜的研究周期比较长，如果有人已经开始做，后来的人想超过很难。” /p p 　　“但现在随着冷冻电镜技术的发展，整个研究周期已逐渐变得越来越短，如果一个人在做，另一个人看到后做些改进很有可能就先出成果，这也导致电镜领域的人越来越谨慎保密了。保密在某些方面是必须的，但也会成为阻碍技术发展的障碍。面对这种现实的趋势，我们如何在适应的同时又不失我们固有的优秀文化传统，这确实是一个挑战。” /p p 　　最后，当问及接下来关注的研究课题时，程亦凡表示：“我自己的兴趣点还是膜蛋白或者说离子通道的研究。另外，我也希望做一些有挑战性的，其他人可能觉得做不了的研究课题。” /p p 　　此外程亦凡还特别提出对于冷冻电镜电子衍射技术非常感兴趣，并认为从事X射线晶体学研究的人一定要关注这一技术。他说：“在X射线晶体学研究中经常碰到的一个问题，就是晶体长不大，只能形成很小的晶体。目前解决这一问题的方法就是利用X射线自由电子激光，当前世界上只有日本、美国和欧洲三个地方有这种类型的光源，而光源建造和使用的费用都非常昂贵。现在我们利用冷冻电镜电子衍射法完全可以利用很小的晶体就进行结构解析，这是冷冻电镜技术的一个全新的应用领域，非常值得关注。” /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/201481813539.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 采访合影 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: right" strong 　　采访编辑：秦丽娟 /strong /p p 　 strong 　附录1：程亦凡个人简历 /strong /p p 　　 a href=" http://cryoem.ucsf.edu/yifan_cheng/yifan.html" http://cryoem.ucsf.edu/yifan_cheng/yifan.html /a /p p 　 strong 　附录2： /strong strong 冷冻电镜:正在并将为中国提供广阔的研究“舞台” /strong /p p /p p 　　 a href=" http://www.instrument.com.cn/news/20140730/137799.shtml" http://www.instrument.com.cn/news/20140730/137799.shtml /a /p p 　 strong 　附录3：第七届郭可信电子显微学和晶体学暑期学校举办 /strong /p p 　　 a href=" http://www.instrument.com.cn/news/20140728/137553.shtml" http://www.instrument.com.cn/news/20140728/137553.shtml /a /p

程亦凡，美国加州大学旧金山分校（UCSF）教授、霍华德休斯医学研究所研究员。早年学习物理。1996年，在获得物理博士学位5年后，他转行进入结构生物学领域。2013年，他和合作者第一个用单颗粒冷冻电镜方法，将膜蛋白结构解到了近原子分辨率（3.4埃）的水平。迄今为止，程亦凡已在生命医学顶尖期刊上发表论文及综述文章达100多篇，近20篇在Nature、Cell、Science上发表。　　然而相比绝大多数成功的科学家来说，程亦凡是人到中年才获得普遍认可。2006年，已40多岁的程亦凡才刚刚做到助理教授，也许是加州大学旧金山分校年纪最大的助理教授。　　近期，赛先生就他的学术经历、研究课题、对结构生物学的贡献以及冷冻电镜(cryo-EM)发展趋势等问题专访了程亦凡博士。　　程亦凡　　赛先生：可不可以回顾一下你的研究历程？　　程亦凡：我情况和经历可能比较特殊。我本科学的是物理。1987年刚开始在武汉大学物理系读硕士研究生时，看到当时第一篇关于准晶体发现的文章，非常激动。因为当时电镜是研究准晶体结构最有效的手段，于是决定加入王仁卉老师课题组学习电子光学理论和电镜实验技术。博士研究生的研究工作是在中科院物理所李方华老师指导下进行的，也是从事电子光学，成象理论和高分辨电镜的理论和实验技术的学习、研究和应用。博士毕业之后，我先后在挪威和德国做博士后，继续从事材料科学方面的电镜研究。　　1996年，我转行到生物学领域。之后分别在美国和日本继续做博士后，分别在Ken Taylor和藤吉好则实验室学习冷冻电镜，研究二维晶体和膜蛋白结构。1999年底到哈佛医学院，加入Thomas Walz实验室。2003年参与解一个水通道的膜蛋白（AQP0）的结构时，获得了1.9埃的分辨率。直到2015年为止，这也还是冷冻电镜解的分辨率最高的一个结构。 2006年，我到加州大学旧金山分校(UCSF) 做助理教授，开始了自己独立的实验室工作。2010年前后开始和David Julius 实验室合作研究TRPV1（一种在疼痛和热知觉中起中心作用的蛋白质）的膜蛋白结构。　　自从1996年进入冷冻电镜和结构生物学领域以来，我就一直对冷冻电镜技术非常感兴趣。UCSF其它几位教授，包括John Sedat和David Agard，也都是这个领域的先驱者。David Agard教授在上世纪90年代初期就参与了第一代CCD相机的研制。他在很多年前就预见到相机开发对电镜技术的重要性，也一直从事这方面的研究。在直接电子探测器(Direct ElectronDetector，一种直接电子探测器件，能够直接检测电子，而不需要像传统CCD相机那样先将电子转换成光子，然后再由CCD记录光子信号）研发的早期，就预见到了单电子计数的重要性。2009年，我们得到美国国家自然科学基金(NSF)的资助，跟Lawrence Berkeley国家实验室和 Gatan公司一起合作开发单电子计数相机。David Agard是PI，我是co-PI。我主要负责相机的后期检测和应用开发。　　经过几年的努力，在2013年初，我们将TRPV1通道的结构解析到8埃的分辨率。随着我们在电镜技术上的突破，特别是单电子计数相机和我们自己开发的图象飘移校正技术的应用，我们很快将它的分辨率提高到了3.3-3.4埃。获得TRP通道的高分辨率结构实际上花了四年多的功夫，不是几个月时间一蹴而就的。这也是天时地利人和的结果。　　赛先生：从你刚才叙述的研究经历来看，你更多参与的是相机方面的工作么？　　程亦凡：也不是。我对膜蛋白一直很感兴趣，但因为我不擅长膜蛋白的二维结晶法，而当时单颗粒方法还无法用来研究较小的膜蛋白，所以有几年中断了膜蛋白研究。在我的实验室的初步建设走上轨道后，就又开始研究新的单颗粒方法，用来研究较小的膜蛋白结构。实际上，2009年时，我的实验室已把很大一部分精力转到膜蛋白领域。　　在电镜领域，我们自己有多年的技术积累，在很多领域一直都很领先。2003年，我做过的转铁蛋白复合物在当时是最小的，分辨率也是最高的。2008年时，我们解一个700kD的蛋白酶体的结构到5埃的分辨率，观察到一个10个氨基酸大小的多肽与蛋白酶的结合。这些在当时都是领域里领先的成果。　　赛先生：有资料显示，你是最早成功将冷冻电镜应用于解析蛋白结构的。可以这么理解么？　　程亦凡：冷冻电镜有三四十年的历史。最早用冷冻电镜做膜蛋白是Richard Henderson等人。1975年时，二维晶体膜蛋白结构分辨率已达到了7-8埃左右。Joachim Frank不仅是单颗粒电镜的开创者，可能也是最早用这种方法解析膜蛋白结构的先行者。第一个用单颗粒冷冻电镜方法做到原子分辨率并解出未知蛋白结构的人是周正红，他在2010年用单颗粒冷冻电镜方法解出了一个以前结构未知的二十面体病毒结构。更严格地说，我实验室是第一个用单颗粒的方法，而不是结晶的方法，将膜蛋白结构解到了近原子分辨率。　　赛先生：2013年你的成果出来之后，结构生物学家集体转向了冷冻电镜，在此之前主要是用X射线衍射法和核磁共振来研究小分子结构。为什么很多人会意识到冷冻电镜是一个更好的方法？　　程亦凡：它的确整个改变了结构生物学的前景。结构生物学的三大技术包括X光晶体学、冷冻电镜以及核磁共振。长期以来，冷冻电镜是这三项技术里最弱的一项。因为它的分辨率一直无法提升。这跟相机是有密切关系的。电子直接探测相机出现以后，分辨率一下子就提高了，但是当时还是没有引起很多人的重视，尤其是做晶体学研究的人，因为在他们看来，核糖体可以结晶，蛋白酶体也可以结晶。　　而TRP通道整个蛋白家族里还没有任何蛋白的晶体结构得到解析。十几年来，世界上很多晶体学实验室都在这个上面花费了大量的精力，却没有结果。TRPV1单颗粒电镜结构的获得给人们带来了很大的冲击，用X光晶体衍射法无法得到的晶体结构，冷冻电镜不需要结晶却做出来了。很多人开始重新重视起这个领域，包括施一公和颜宁，据说他们实验室的大部分人现在都在做冷冻电镜。　　赛先生：你2009年的工作中，是哪一部分产生了重大突破使得冷冻电镜整体上有了质的飞跃呢？　　程亦凡：从技术上说，有两个方面。其一是相机的突破。当时除了Gatan公司，还有另外两家公司（FEI和Direct Electron）也推出了直接电子探测相机。但是我们用到了独特的单电子计数技术。这个技术可以大大提高低分辨率的信噪比。这就使得相机图像的衬度能够提高很多。这是以前没有意识到的。那么这样一来，这个相机真正的优势在于做很小的蛋白。我当时第一个想到的就是做难度最大的膜蛋白。　　其二是计算方法上的改进。美国耶鲁大学的Fred Sigworth 最早在1999年提出将最大似然法（maximumlikelihood）用于处理单颗粒电镜图象。之后经过多个实验室的改进，到Sjors Scheres将这一方法，特别是将最大似然法用于三维构相分类，在他的新程序RELION中进一步完善，使单颗粒电镜图象处理能够将冷冻电镜的图像转变为精细的分子结构，让生物学家们更简单更清晰地看到分子机器。　　很多事情其实也是机缘巧合。 Sjors的程序刚出来的时候并没有很轰动。因为当数据质量不好的时候，Sjors程序的用途是有限的。而我们用的K2相机将图像的质量大大提高了。此时此刻正好遇到Sjors的新程序。这两样东西结合在一起，就变得异常强大了。如果说Sjors程序在三年以前出现，它不会产生那么大的影响。　　很多人说Sjors的程序改变了结构生物学。Sjors Scheres被Nature评为2014年十大科学人物。但他的成功也得益于相机技术的突破。同样，反过来也是一样的，相机的开发让冷冻电镜有一个革命性的飞跃，但是如果光有这个，而没有计算方法上的改进，相机的功能也不会完全展现出来。　　最后，用传统的方法，需要用生物化学的手段将样品提纯到一定纯度，有了用最大可能法进行三维构相分类之后，蛋白晶体即便没有提纯到那个纯度，我们也能解析到很好的程度。　　赛先生：回顾当初，你觉得您最大的贡献是什么？　　程亦凡：我觉得我很幸运。TRPV1文章的的第一作者廖茂富（现为哈佛医学院助理教授）有病毒学的背景。刚来我实验室的时候，他从来没有做过电镜，也从来没有做过计算。他的一个主要的课题，由于各种原因，一直没有大的进展。面对困难，他从来没有放弃过。在长期艰苦的工作中，他积累了很多的经验。也是因为他这种长期的积累，等到了某一个点上，一下子水到渠成。如果当时是另外一个人做这件事情的话，最终可能也能做成，但是不会有那么顺利。　　另一位第一作者，曹二虎（现为犹他大学助理教授），有非常扎实的结构生物学基础和经验，也有多年的TRPV1研究经验。他花了很多年优化TRPV1的表达和提纯。图象飘移校正技术文章的的第一作者是现在清华大学的李雪民教授。他也是中科院物理所李方华老师的学生，有非常扎实的电镜理论和实验基础。他的兴趣一直在开发方法方面，从头到尾参与了相机的鉴定应用程序开发。他是非常聪明的科学家。　　另外，我们在生物化学方面也一直用各种各样的办法来尝试做膜蛋白。如果我们从来没做过膜蛋白，上来直接做TRP通道，我相信也很难做到这种程度。我们也有最好的合作伙伴，UCSF的David Julius 和David Agard, 以及UCSF独特的研究环境。这些都是不可或缺的成功条件。　　我认可自己的一点是，我做的东西，很多都是别人说做不了的。David Agard对我的评价是，这么多年来一直不被教条所束缚，总是去挑战各种极限。这也是我一贯的工作的态度。　　赛先生：当时为什么想到去学电镜？　　程亦凡：我是学物理出身。物理学最令人激动的时候可能是上世纪二三十年代，我们这一代人学物理时就感觉有点生不逢时。1982年，Shechtman第一次发现准晶。当时郭可信先生和张泽、王大能发表了国际上第二篇关于准晶工作的文章。当时我们就觉得一下子跟着进入了一个领域的最前沿，令人非常激动，所以很多人都开始做准晶。我也是因为受此感染，想研究准晶，而去学电镜。但是做了十年以后，就感觉有点枯燥，但不断追求的心态还在。我这时选择转行做生物，也是历史的机缘。苏联解体后，美国停掉了“星球大战”计划，全世界的物理陷入了一种空前的危机之中。很多学物理的人都找不到工作，在那个时候，很多人转去做材料，而我对材料科学兴趣不大，感觉生物对我更有挑战一些，更有吸引力。　　赛先生：因为缺少生物学背景，有没有想到会遇到困难？　　程亦凡：这是肯定的。但是年轻的时候很多想法还是很幼稚的，也不怕难。直到现在我都觉得什么东西都学得会。比如我经常跟学生说：“you can learn anything you want, the only questionis how much you want to learn it.”　　我们对电子显微学的理解要远远超过很多以生物背景做冷冻电镜的人。在当时，我觉得这是我们的优势。我们的弱点是在刚转行时完全不懂生物，更不懂生物化学。但我觉得这些东西都可以学，如果你真想学，一定可以学会。所以也没有什么克服不了的困难。　　赛先生：问一个比较现实的问题，你一直在坚持做自己喜欢的事情，但是很晚才得到认可。你是如何看待这个问题的？　　程亦凡：我1991年博士毕业，做了5年的材料物理博士后。转行做生物时，我对自己说，我最多相当于重新读一个Ph.d，花五年十年学一个东西不算很长时间。那时候的人跟现在不太一样，少了很多浮躁。　　重要的是，我自己很喜欢，没有想过要放弃。我家人也很支持我，跟着我在全世界跑，从来没有过怨言。很多人选择放弃，很大一部分是家庭原因。希望稳定下来，找一份稳定的工作，那么不得不做出选择。　　我从来没有觉得自己比别人晚了很多。我一直觉得自己很幸运。　　赛先生：UCSF对教员的压力是不是没有那么大？　　程亦凡：UCSF的环境非常独特。我2006年才做助理教授。我当时的年纪在国内恐怕是找不到类似的工作的。另外，UCSF很赞赏我这种背景。我当时在美国其他地方找工作，经常碰到的评价是，你是物理学家，不懂生物学。我到UCSF面试的时候，我说我是一个物理学家，当时的系主任接的第一句话是：That’s great, you know things we don’t know。　　这也是我当时选择UCSF的一个主要原因，它给你的支持，不是说给了你多少资源，而是它对待你的宽容。我拿到终身教职的时候，我的这些文章都没有，这个时候他会看个人的潜力。给了我这种环境，却始终没有给过我任何压力。　　赛先生：冷冻电镜突破之后，目前的工作主要在哪一块？今后有哪些让你觉得兴奋的工作？　　程亦凡：当然有。我们实验室主要的工作还是专注在膜蛋白上。我感觉自己越来越像一个生物学家。我并不满足于只解析出结构，还希望能够理解它。所以TRP channel一直是我们实验室的一个主要方向。另外一方面，我也希望方法上能有所提高。比如提高分辨率。我也希望能够把蛋白做到更小，比如到100kDa以下。　　赛先生：有人把你和张益唐老师做了一个对比。因为你们都是1978级的毕业生。这一代人身上有三个特点：坚韧、有榜样的力量来鼓舞、不屈不挠必须把事情做成的心态。　　程亦凡：我看到过这种比较，某种程度上讲也许有一定道理，但也并不完全是。有道理是说，因为我们这代人经历的东西太多，我们经历过文化大革命，也见证了整个国家由改革开放带来的变迁，以及经济和科研上的由弱变强。也许是这些经历造成了我们这一代人身上的这些相似的特点。我想不同的是，我自己觉得我还是比较顺利的，一直都在做我喜欢做的科学，从来没有想过要放弃，所以也没觉得有多难。　　另外，每个人对成功的理解不一样。我觉得自己一直都挺成功的，并不是直到解了TRPV1结构才是成功了。对我来说，2003年发第一篇Cell文章，2006年拿到助理教授的位置，建立自己的实验室，2008年解蛋白酶体到5埃分辩率，到2012年拿到终身教职，和2015年当上霍华德休斯医学研究所研究员，还有我拿到的每一个grant，发的每一篇文章，每一步都是成功。当然也有很多想做而没做成的事，想拿而没拿到的grant，想发而没发了的文章，也有很多想做而没法做或没做成功的实验，等等，等等。这些成功与不成功都不会停在某一个点上，而是还会不停地继续下去。

结构生物学的主要目标是，从机制上理解关键的生物学过程。研究这些过程中的大分子和复合体，确定它们的分子结构，可以得到最详细的基础信息。除此之外，获得药物靶标的分子结构也是药物开发的标准程序，人们可以在此基础上设计和优化治疗性的化合物。 　　不久以前，单颗粒冷冻电镜(cryo-EM)还不是大多数结构生物学家们的第一选择。2013年以前，蛋白数据库(PDB)中的绝大多数分子结构还是X射线晶体衍射获得的。而现在，单颗粒冷冻电镜已经成为了X射线晶体衍射的有力竞争者，不仅在分辨率上能够与之匹敌，还适用于难以结晶的大分子。 　　本期Cell杂志刊登了华人学者程亦凡(Yifan Cheng)博士的两篇文章。这两篇文章由浅入深的介绍了风头正劲的单颗粒冷冻电镜，为想要试水这一技术的新手们提供了入门指南，并且详细介绍了这一技术近年来取得的重要突破。 　　程亦凡是加州大学旧金山分校的副教授，他原本是物理学博士，后来改用物理学方法研究生物问题。近来，程亦凡在冷冻电镜方面取得了突破性成果，受到了广泛的关注。 　　单颗粒冷冻电镜入门 　　单颗粒冷冻电镜是用于单颗粒样本的冷冻电镜技术，不需要结晶就可以确定蛋白质和大分子复合体的结构。这篇文章介绍了单颗粒冷冻电镜在结构分析时的实验步骤、注意事项、数据判读和入门指引，为希望了解这一技术的科学家们提供了宝贵的资源。(原文：A Primer to Single-Particle Cryo-Electron Microscopy) 　　单颗粒冷冻电镜的技术突破 　　这篇综述探讨了为冷冻电镜带来变革的硬件和软件突破。这些技术突破让单颗粒冷冻电镜能够获得质量空前的图像，达到接近原子水平的分辨率。与X射线晶体衍射相比，单颗粒冷冻电镜还是一个相对年轻的技术，仍处于快速发展中。但X射线晶体衍射完全依赖于结晶质量，这已经成为了一个重要的技术瓶颈。而单颗粒冷冻电镜在这方面可能更有吸引力。(原文：Single-Particle Cryo-EM at Crystallographic Resolution) 　　相关新闻：程亦凡谈冷冻电镜技术发展&mdash &mdash 访美国加州大学旧金山分校副教授程亦凡