谁能相信100年前，甚至50年前，今天我们能够如此深入和详细地研究细胞和生物系统?这场革命带来了对疾病背后的病理和机制的新理解，并为以前难以想象的诊断和治疗打开了大门。
为了继续探索和发展，科学家们必须超越细胞，观察细胞表面和细胞内部的结构。这就是结构生物学出现的原因。借助x射线晶体学、核磁共振(NMR)光谱学和低温电子显微镜(cryo-EM)等技术，从细胞机制到离子通道和受体的任何结构都可以被揭示和利用。特别是Cryo-EM将在未来的研究中发挥越来越重要的作用，最近分辨率的进步使科学家能够用这种技术在原子水平上进行观察。
我们采访了赛默飞世尔公司冷冻电镜产品营销总监Steve Reyntjens，谈论了冷冻电镜的进步是如何改变科学研究的，以及他们的精密仪器在其中发挥的作用。
Karen Steward (KS):低温电子显微镜中的原子分辨率是一个相对较新的现象，您如何看待它正在改变研究前景?
Steve Reyntjens:近年来，由于探测器技术的进步，在非常稳定的显微镜平台上的数据收集自动化和数据处理，冷冻电镜的可实现分辨率已经取得了巨大的进展。这使得冷冻电镜成为基于结构的药物发现的可行技术，并在结构生物学中得到了更广泛的应用。这一转变是由“决心革命”(resolution revolution)推动的纸沃纳·库尔布兰特2014年的作品。
六年后的今天，我们迎来了第二次决心革命的曙光。今年早些时候，利用赛默飞世尔公司的最新技术，科学家们已经能够用低温电子显微镜打破原子分辨率的障碍。这一突破将使科学家和研究人员能够以前所未有的细节研究蛋白质是如何工作的，使他们能够解析远低于2埃的蛋白质结构，从而揭示从未见过的细节。在这个分辨率下，即使是最小的改进也会打开一个全新的信息宇宙，我们相信这种新的分辨率革命将推动冷冻电镜成为制药和学术研究的首选方法。
例如，科学家已经能够解析一种叫做GABA的蛋白质的结构一个受体的分辨率达到了前所未有的1.7埃，而之前的最佳结构为2.5埃。GABA的一个受体蛋白是一种人体膜蛋白，是许多药物的靶点，如麻醉药和焦虑药物。这种新结构揭示了一种小分子——组胺——是如何在药物结合袋中取代水分子的，这一发现可能会导致副作用更小的药物。
KS:在TEM，特别是原子分辨率低温em成像中，噪声造成的主要问题是什么?
SR:这指出了低温电子显微镜的一些最基本的挑战，尤其是单颗粒分析(SPA)，这种技术用于确定蛋白质的3D结构。利用SPA，我们用高能电子照射脆弱的生物分子。这种电子轰击造成的损伤本质上改变了样品，而这种损伤在整个曝光过程中不断累积，基本上限制了在分子被严重损坏之前用于成像的电子数量。
所以，大自然迫使我们使用非常低的电子剂量，导致探测器上的信号相应较弱。因此，尽可能降低检测系统中的噪声是至关重要的，因为这将直接影响最终结果的质量。当然，目标分辨率越高，信号到噪声的挑战就越大，因此要实现原子分辨率的冷冻电镜，用户需要最大限度地优化电子显微镜和检测链中的每一个元素，以最大限度地利用每个电子。
Selectris X成像滤光片如何克服成像中出现的问题?
SR:Selectris X成像滤波器在将有用的图像信号从不必要的噪声中分离出来方面发挥着重要作用，并在一个更大的创新技术组件中发挥其功能，这些创新技术组件构成了强大的冷冻em。
克里奥斯G4低温透射电镜提供了一个稳定和强大的低温透射电镜平台，具有最先进的电子光学和样品操作能力。与低能量扩散的电子源相结合，这允许将可容忍的电子剂量最好地传递到样品中。在探测方面，猎鹰4号提供了一个非常高效的相机，可以将电子信号转换为可以实时或离线处理的图像。具体来说，对于Selectris X滤波器来说，这是“噪声”电子与携带有用图像信号的电子分离的地方，因此只有后者才能到达猎鹰4号探测器。Selectris过滤器的独特之处在于其极高的稳定性，可以在自动数据收集发生的许多小时内进行精确过滤。
这种独特的滤光片稳定性、高精度滤波和优异的光学性能与Krios G4平台和Falcon 4相机相结合，克服了电子剂量的限制，实现了原子分辨率的冷冻em。
KS:从用户的角度来看，将这项技术应用到他们的工作流程中会有多大的不同?
SR:当然，正如前面所讨论的，分辨率的提高将使冷冻电镜能够揭示更基本的生物学见解，这将影响药物发现应用，并使我们更好地了解药物的表现。然而，这些结果将继续强烈地依赖于样品质量，原子分辨率对许多样品来说将继续是非常具有挑战性的。
除了分辨率的飞跃，Selectris技术还将显著影响生产力。有了更好的滤镜和相机，科学家们将能够用更少的数据达到特定的分辨率。确切的增益很大程度上取决于实验和样本的细节，但在许多情况下，生产率将显著提高。
最后，由于惊人的稳定性和Selectris滤波器的紧密集成，所有这些优势将更容易实现。
克斯:你能告诉我们一些现实世界中这项技术在研究中发挥作用的例子吗?
SR:虽然Selectris技术仍然是新的，但我们看到学术研究人员以及生物制药客户对将这项技术引入他们的冷冻电镜工作流程产生了极大的兴趣。目前，研究的科学结果和对研究的全面影响尚未确定，但与研究人员在一起MRC分子生物学实验室在英国剑桥，我们已经能够确定氨基丁酸的结构一个受体，人膜蛋白-现在与多种不同的药物化合物结合。使用Selectris X可以快速获得结果，并且比以往任何时候都能揭示更多的细节。这可以引导优化这些药物的效力和减少副作用。
另一个很有希望的例子是，我们最近能够支持研究人员在加州大学伯克利分校以比以前更高的分辨率解析SARS-CoV-2 3a离子通道，使用带有Selectris x的Krios。3a离子通道被认为与病毒释放和炎症小体激活有关。它也是一个潜在的药物靶点，这表明针对3a的治疗方法可能会导致治疗一系列冠状病毒疾病，如SARS和COVID-19。
Steve Reyntjens接受了科技网络科学作家Karen Steward博士的采访。188金宝搏备用
