终极冷冻图像

迈克尔·格雷什科

上图这个五彩缤纷的彩球肉眼看不到，却又不可思议。这个生动的模型其实是一个颜色编码的寨卡病毒，这句话末尾的句号这么大的面积就放得下几百万个寨卡病毒。

我们能在这里看到这种病毒，得益于冷冻电子显微镜（cryo-EM），这种成像技术简直太棒了，科学家们能够借助它看到分子，研究生命体的细胞机制也变得更加容易。

冷冻电子显微镜的工作原理是，向一个含有特定分子的速冻水薄膜发射电子束，这种“照射”会从不同角度生成许多该分子的二维图像，再通过计算将这些二维图像合成一个三维模型。冷冻电子显微镜诞生之初，获得的分子图像是模糊不清的团块，所以有人将其与不太常用的高分辨率成像技术——X射线晶体学进行对比，讥讽它是“不成形学”，因而弃之不用。但是在2013年，冷冻电子显微镜的分辨率首次达到了原子级。

“我不太确定我们能否将冷冻电子显微镜的分辨率提升到原子级;就在10年以前我对此还持怀疑态度。”哥伦比亚大学生物物理学家乔基姆·弗兰克说，弗兰克因协助改进了冷冻电子显微镜而共同获得了2017年的诺贝尔化学奖。现在人们可以清晰地看到蛋白质结成块的过程，就如同珠子一个一个地串在线上。

借助冷冻电子显微镜，我们能够看到分布在细胞膜上的蛋白质，甚至能够在药物分子附着在目标物上时将其“拍摄”下来。谁知道生物化学领域的这次变革会怎样发展下去呢？“我很兴奋，”弗兰克说。

冷凍电子显微镜曾被嘲讽为“不成形学”，但它成像分辨率低的日子已经过去。近年来，冷冻电子显微镜图像已经从模糊的团块（如上图紫色物体的左半部分）转变为能够呈现单个原子的模型（如上图紫色物体的右半部分及本页上方的寨卡病毒）。