电子显微学

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: justify text-indent: 2em " strong 中国电子显微镜学会、仪器信息网联合报导： /strong 11月22-24日，2020年全国电子显微学学术年会在气候宜人、风景秀丽的成都新希望高新皇冠假日酒店召开。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2020年是特殊的一年，新冠病毒引起的疫情肆虐全球。截止2020年11月，新冠疫情在全球导致约5000万感染，造成约130万人死亡，对生产生活造成了极大的影响，抗击疫情也成了从事低温电子显微学的科研人员义不容辞的责任。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2020年，面对疫情，全国电子显微学学术年会组织召开了“低温电子显微学表征分会场”，以“大变局下的冷冻电子显微学”为主题，围绕新冠病毒结构和药物研发、冷冻电镜方法学与学科交叉、生物大分子机器的高分辨率结构解析、膜蛋白结构解析等4个专题，邀请了全国三十多位从事新型冠状病毒结构生物学研究和冷冻电镜结构生物学研究的专家学者进行了广泛的交流讨论。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/pic/e686b6f8-85bb-4296-98a5-618626a8f11f.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 低温电子显微学表征分会场现场 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 11月23日上午，西湖大学周强研究员主持了新冠病毒结构和药物研发专题。会上，北京大学肖俊宇研究员为大家讲述了自己利用低温电子显微学中的冷冻电镜技术解析新型冠状病毒中和抗体复合物结构进而帮助筛选评价抗体的工作，报告引起了与会人员的极大热情。西湖大学周强课题组鄢仁鸿博士后、中科院上海生化所丛尧研究员和广州生物医药与健康研究院熊晓犁研究员分别为大家展示了利用冷冻电镜研究新型冠状病毒表面糖蛋白不同构象以及新型冠状病毒表面糖蛋白与受体结合的结构，这些结构向大家直观展示了病毒入侵宿主细胞的机制。清华大学饶子和研究团队娄智勇课题组高岩博士为与会者讲述了新型冠状病毒的RNA依赖的DNA聚合酶的催化状态的复合物结构，并通过结构展示了瑞德西韦抗病毒的分子机制。中科院生物物理所王祥喜课题组王康博士后展示了他们团队在新型冠状病毒疫苗开发方面的一些成果。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 11月23日下午，浙江大学张兴教授主持冷冻电镜方法学与学科交叉专题。中科院计算所张法课题组万晓华副研究员分享了他们开发的在冷冻电镜数据处理中颗粒挑选软件和对主流三维重构软件RELION运行效率的大幅度优化的成果。北京生命科学研究所何万中研究员分享了一种可克隆的金颗粒标记技术实现了利用电镜直接对细胞内的分子定位的目的。中科院生物物理所章新政课题组程静博士为大家展示了自己开发的新型非断层重构依赖的原位蛋白结构解析技术，该技术引起了与会学者专家的极大兴趣。中科院生物物理所的张建国高级工程师为大家展示了从厘米尺度的组织到扫描电镜-聚焦等离子束减薄工作流程中他们设计的一系列辅助载网和成熟的技术流程。中科院生物物理研究所黄韶辉研究员为大家分享了自主研发的荧光相关光谱仪，此设备已经远销美国，他希望能更好的服务中国科学家。南方科技大学谷猛教授为大家分享了最新使用冷冻电镜技术研究钙钛矿太阳能电池内缺陷的最新研究成果，引起了与会人员的广泛讨论。大家深刻感受到学科交叉融合的魅力。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 11月24日上午，北京大学肖俊宇研究员主持了生物大分子机器的高分辨率结构解析专题。中国科学技术大学周丛照教授首先为大家展示了蓝细菌浓缩碳—核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶的组装分子机制。中科院生物物理所王艳丽研究员为大家分享了今年刚获得诺贝尔化学奖的CRISPR技术相关的CRISPR-Cas系统依赖RNA进行RNA切割的分子机制。清华大学向烨教授跟大家讲述了利用新型冠状病毒表面糖蛋白进行二代基因工程疫苗的研发成果。生物物理所叶克穷研究员跟大家分享了关于核糖体前体的结构生物学研究成果，很好的揭示了核糖体组装的分子机制。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 11月24日下午，来自中国科学技术大学的孙林峰教授主持了会议。中科院生物物理所的柳振峰研究员分享了关于绿藻中光系统II捕光超大复合物的结构，揭示了捕捉利用光能和受光强调节的分子基础。北京大学分子医学所的陈雷研究员分享了关于胰岛素促泌抑制剂调控KATP离子通道的分子机理。北京大学李龙研究员、清华大学的闫创业研究员和中国科学技术大学的孙林峰教授为大家展示各自在膜蛋白结构解析方面的成果。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 此外，来自赛默飞公司的工作人员分享了赛默飞新型电子显微镜Titan Krios G4解析的1.22埃去铁铁蛋白研究成果。与会专家学者积极与报告人提问交流，热烈讨论，大家都表示受益匪浅。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 分会报告结束后，周强研究员、肖俊宇研究员和孙林峰教授为获得优秀报告奖的报告人颁发证书和奖金并合影留念，本次优秀报告奖评选旨在鼓励博士研究生和博士后更好的从事科学研究。低温电子显微学分会为与会的专家学者提供了良好的交流学习平台，与会青年学子也学习到很多，分会取得了圆满成功。期待2021，低温电子显微学分会再相会。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/pic/52efabdb-0fc3-46b6-a24d-6a55056e0f4e.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 分会场颁发“优秀报告奖”合影留念 /span strong /strong /p p br/ /p

仪器信息网、中国电子显微镜学会联合报道：2021年10月15日，由中国电子显微镜学会主办、南方科技大学承办的“2021年全国电子显微学学术年会”在东莞市会展国际大酒店龙泉厅盛大开幕。大会为期三天，吸引来自高校院所、企事业单位等电子显微学领域专家学者1300余人出席。大会现场2021年是中国共产党成立百年之际，百年华诞，百年征程，百年风雨，百年辉煌，百年初心，历久弥新。今天的中国，科技飞跃发展，科学让中华民族富强，创新让我们走在了世界的前列。中国的电子显微学有了长足的进展，显微学研究已走在了世界的最前沿领域。为庆祝这难忘的时刻，本届年会的主题是“显微学揭开新视野”。中国电子显微镜学会理事长韩晓东主持大会开幕式韩晓东表示，2021年是特殊的一年，是中国共产党成立一百周年，百年恰风华正茂。今天的中国科技引领带动经济社会高质量发展，科技创新不断为中华民族繁荣富强赋能。基础研究决定一个国家科技创新的深度和广度，卡脖子等问题的根本在于基础薄弱。电子显微学科技工作者们一贯弘扬优良传统，坚定创新自信，着力攻克关键核心技术，促进产学研深度融合，勇于攀登科技高峰。显微学是一个集材料、物理、化学、生命科学等学科深度交叉融合的学科，本次年会将基于此设置10个分会场，会议学术交流内容包括：球差校正透射电子显微学及应用、原位显微学技术及应用、高分辨扫描电子显微学、微束分析、扫描探针显微学、低温电子显微学和激光共聚焦显微学等。会议将展示显微学相关仪器理论、技术和实验方法的最新进展；会议将促进电镜及其他显微学仪器的共享、运行、管理、开放共享、实验平台使用、改进与维修的交流等。韩晓东感谢了本次承办单位南方科技大学的大力支持，也感谢了浙江大学张泽院士、南方科技大学杨学明院士、南方科技大学张明杰院士、松山湖材料实验室汪卫华院士等嘉宾莅临。并对1300余位现场知名显微学家、材料学家、化学家、物理学家、生物学家、厂商代表、教师学生代表等表示欢迎，希望大家能通过本次会议增进交流、拓宽视野。同时，在南方科技大学的大力支持下，在各分会组委会、分会秘书处努力支持和精心组织下，本次年会在短时间内圆满完成了各会场内容组织，10个分会场组织近400个口头报告，能面对面交流十分宝贵。最后感谢了李宁春老师带领下的全体会务组成员，感谢了他们为大会圆满召开作出的所有辛苦付出，并预祝大会圆满成功。大会承办方南方科技大学副校长 杨学明院士 致开幕辞杨学明院士在致辞中首先代表南方科技大学向本次大会的隆重开幕表示祝贺，向来自全国各地的专家学者们表示诚挚欢迎。接着，共同回顾了电子显微学的发展史。首台透射电镜在1932年发明以来，电子显微镜在科学、技术领域有着非常广泛的应用，且许多科学领域的非常重要的突破也是依赖于电子显微镜的发展。过去近几十年中，电镜相关科研获得了多项诺贝尔物理学奖、生物学奖及其他奖项。我国电镜发展也比较早，在1951年就有了第一台电镜，大幅度的发展则是在改革开放以后，此后我国电镜整个领域取得飞速发展。据不完全统计，我国目前高阶的电镜已经有上千台，达到数百亿元的投资。这些助力着我们整个学科的发展，我国电子显微学工作者们也可能已经成为国际上最大的一支队伍。南方科技大学是一所非常年轻的学校，成立只有十年，是深圳在中国高等教育改革发展时代背景下，创立了的高起点高定位的公办新型研究型大学。学校借鉴世界一流理工科大学的学科设置和办学模式，以理工医三科和特色人文社科的学科发展，在本硕博层次办学，在一系列新的学科方向开展科研。学校在过去十年里取得了比较快速的发展，特别是引进了一大批非常优秀的教师。教研系列老师约五六百人，包括院士54位，教育部特聘专家36人，杰青38人等，并且取得系列优秀科研成果。南方科技大学在电镜方面有两方面值得一提，一方面是分析测试中心利用电镜在热电材料方面研究取得了很好的成绩；另一方面是在深圳市的大力支持下，建立的南方科技大学冷冻电镜中心，目前安装6台300kv冷冻电镜，并支撑了校内校外上百个科研团队以及企业的科学研究和基础研究。2021年是中国共产党成立100周年，我们也在开始迈向第二个百年的征途。中国要发展，最重要还是在创新，只有依靠科技进步、走高水平的科技自立自强道路，才能真正发展、将自己的发展主导权掌握在自己的手中。最后希望各位学者能携起手来，共同为世界科技发展和人类文明进步做出新的更大的贡献。中国科学院院士、大会主席张泽 致开幕辞中国科学院院士、2021年全国电子显微学学术年会主席张泽在开幕致辞中表示，全国电子显微学学术年会首次来到东莞，深圳是中国改革开放40年来所有传奇的一个结晶，而东莞则是这个结晶中很重要的一部分。历届全国电子显微学学术年会的规模越来越强、越来越大，张泽院士回顾了老一辈电子显微学科学家们为中国电子显微学作出的贡献，年会规模从几十人到上百人，然后到四五百人后发展越来越快，这也见证了我们国家改革开放科技事业的发展和小微企业的发展。回顾电子显微学的发展历史，张泽院士表示，当前原子之间的间隔、电子结构、成分等都可以看到，相关仪器设备无论在空间分辨率还是能量分辨率都已发展到极致，类似大规模集成电路，我们需要看得见接下来的方向在哪里。最近几年，大家都非常关心环境和原位。以往观察结构需要在一个完全真空环境中，此时物质自身的表现和周围环境的关系被完全隔离，更不用谈力学、光学、电学等环境。在分辨率等已经发展到极致的基础上，怎样把物质观察在一个真实或者接近真实的环境里面，将这些事情再做一遍，就很有意义，也使显微学的发展更充满了活力和生机。在昨晚祺跃科技原位高温扫描电镜新品发布会上，初创的年轻人包括搞控制的、搞电子的、搞软件的，充分显示了我们显微学的光明未来。同时，无论是生命科学还是材料科学，也越来越多的展示了不同学科的交叉以及不同学科交叉所带来的一些挑战。在这种趋势下，不同学科的学者能齐聚一堂交叉交流就显着格外重要。中国人不缺聪明，也不缺勤劳，相对比较缺的大家能够聚在一起发挥集体主义精神。希望大家能够利用这次“聚人气”的机会，更好的交流，更好的支持，也为将来更好的合作、看更精美的世界共同努力！---------------------------------- 本次大会主要由大会报告和10个分会场报告组成，10月15日上午和10月16日上午，大会报告特邀十一位著名电子显微学科学家、相关仪器设备厂商专家代表依次为大家呈现精彩报告。10月15-17日开始，10个分会场精彩内容也将悉数呈现，分会场依次为：1）显微学理论、技术与仪器发展；2）原位电子显微学表征；3）功能材料的微结构表征；4）结构材料及缺陷、界面、表面，相变与扩散；5）先进显微分析技术在工业材料中的应用；6）扫描探针显微学（STM/AFM等）；7）扫描电子显微学（含EBSD）；8）低温电子显微学表征；9）生命科学显微成像技术研究；10）中国电子显微镜运行管理开放共享实验平台。同时，大会还将颁发优秀青年学者奖、评选优秀学生论文奖与优秀Poster奖优秀Poster奖、为第十二届中国电子显微摄影大赛获奖者颁奖等。大会后续精彩内容，敬请关注后续报道【点击报道专题链接】大会前夕签到掠影仪器信息网赞助POSTER展示区会务组会前留影