3冷凍電鏡之父奪化學獎 (圖)

作者:Hannah    發表日期:2017-10-05 03:48:02

製生物分子3D圖像 助解寨卡之謎

近幾年來,生物化學界出現一個接一個驚天大發現,全球生物學家彷彿發現新天地一樣,好不熱鬧。發現這個「新天地」的,是一項名為「冷凍電子顯微鏡」(簡稱冷凍電鏡,cryo-EM)技術,它可以很簡單地製作生物分子的3D模組,讓科學家輕易窺探分子結構,當2016年寨卡病毒肆虐全球時,科學家就是靠冷凍電鏡技術拆解病毒結構,從而製造相關藥物。來自英國、美國及瑞士的3名科學家,早於40年前率先奠下冷凍電鏡技術的基礎,昨日因此獲頒本年度諾貝爾化學獎。

瑞典皇家科學院將化學獎授予瑞士洛桑大學榮休教授杜博歇、美國紐約哥倫比亞大學教授弗蘭克,以及英國劍橋分子生物學實驗室科學家亨德森,以表揚他們研發冷凍電鏡技術,對生物分子進行高解像度結構測定。他們將瓜分900萬瑞典克朗(約865萬港元)獎金。

掀生物化學界革命 助藥物研發

評審委員會表示,3名化學獎得主的研究猶如掀起生物化學界革命,科學家現時可輕易製作生物分子的3D模型,從而觀察此前從未見過的生物分子活動,對於生命化學的基礎認識及藥物研發均非常重要。

在冷凍電鏡技術出現前,科學家很難觀察到生理狀態下的蛋白質、脫氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)等生物分子的活動,原因是電子顯微鏡的電子束會破壞生理物質,因此電鏡長久以來被視為只能用於研究已死的物質。在1980年代初期,科學家主要用X射線晶體學和核磁共振(NMR)研究生物結構,但兩者均有不少局限,晶體學出身的亨德森不滿足當時技術,深信電子顯微鏡的未來,經過多年努力,在1990年破天荒利用電子顯微鏡製作原子大小的蛋白質3D圖像,證明電子顯微鏡的潛力無限。

合併二維圖像 液態凝固保形態

不過亨德森仍未滿足,希望進一步製作更高解像度的3D圖像,這正是弗蘭克的研究焦點。早於1975年,弗蘭克已提出將電子顯微鏡的二維圖像合併成高解像3D圖像,他花了足足10年開發相關技術和軟件,最終成為冷凍電鏡的發展基礎。同一時間,杜博歇則研究如何解決電子顯微鏡運作期間,生物樣本的水分會在真空狀態下蒸發受損,他研發出將水玻璃化技術,透過將水急凍令水以液態凝固,讓生物分子在真空狀態下也能維持自然形態。

3人的研究奠定了冷凍電鏡的基礎,隨更精密儀器不斷出現,解像度一步一步提高,科學家終於在2013年突破最後的技術障礙,自此使用冷凍電鏡的研究結果如同雨後春筍般出現。評審形容,他們的研究為人類帶來最大利益,如今科學家可以捕捉細胞每個角落的原子細節,「生物化學界已準備好朝興奮的未來邁進」。■諾貝爾獎網站/法新社/路透社


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