冷凍電鏡“成長的煩惱”:人才依然是短板

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小編:冷凍電鏡“成長的煩惱”:人才依然是短板 冷凍電鏡設備 ■本報見習記者 趙利利 2017年10月4日是冷凍電鏡的高光時刻。這一天,瑞典皇家科學院向全世界宣布,將2017年諾貝爾化學獎


 
冷凍電鏡“成長的煩惱”:人才依然是短板  
 

冷凍電鏡“成長的煩惱”:人才依然是短板

冷凍電鏡設備

■本報見習記者 趙利利

2017年10月4日是冷凍電鏡的“高光”時刻。這一天,瑞典皇家科學院向全世界宣布,將2017年諾貝爾化學獎頒給發明冷凍電鏡的三位學者:哥倫比亞大學教授約阿基姆·弗蘭克(Joachim Frank)、英國劍橋大學生物學家和生物物理學家理查德·亨德森(Richard Henderson)以及瑞士洛桑大學生物物理學榮譽教授雅克·迪波什(Jacques Dubochet),以表彰他們在冷凍顯微技術領域的貢獻。

“科學發現往往建立在對肉眼看不見的微觀世界進行成功顯像的基礎之上,但是在很長時間里,已有的顯微技術無法充分展示分子生命周期全過程,在生物化學圖譜上留下很多空白,而低溫冷凍電子顯微鏡將生物化學帶入了一個新時代。”諾貝爾獎評選委員會如是說。

事實上,近年來冷凍電鏡的“高光”時刻不只這一個,正如中國科學院院士、清華大學生命科學學院教授隋森芳所言,此前生物學領域應用冷凍電鏡產出的一系列高水平論文讓原子水平解釋生命現象成為可能。從分子級別到原子級別,這是生物學領域的巨大突破,冷凍電鏡的重要意義不言而喻。

技術快速發展

冷凍電鏡到底是什么?從上世紀70年代興起至今,冷凍電子顯微技術(cryo-electron microscopy, cryo-EM)已經跨越了40多年的發展歷史,經歷了冷凍制樣、單顆粒圖像分析和三維重構算法等關鍵性技術的突破。

通俗而言,冷凍電鏡就是在傳統透射電子顯微鏡之上,加上了低溫傳輸系統和冷凍防污染系統。

中國科學院上海藥物研究所冷凍電鏡平臺(籌)負責人余學奎向《中國科學報》介紹道,冷凍電子顯微技術主要包括單顆粒冷凍電鏡技術(single-particle cryo-EM)和冷凍電子斷層掃描技術(cryo-electron tomography,cryo-ET)。

單顆粒冷凍電鏡技術首先捕獲大量隨機分布的同一種生物樣品的二維圖像,然后通過圖像處理算法解析其三維結構。

近年來,隨著冷凍電鏡設備和計算機軟硬件的快速發展,特別是隨著直接電子探測器(Direct Electron Detector,DED)在冷凍電鏡中的應用,單顆粒冷凍電鏡技術邁進了原子分辨率水平,在生物學、醫學和新藥研發等領域發揮著越來越重要的作用。

Cryo-ET則通過記錄單個生物樣品在傾斜旋轉過程中投影的一系列二維圖像,采用特殊的算法計算,將二維圖像重構為三維斷層圖像。Cryo-ET主要研究組織、細胞和微生物中的超微結構,它能夠提供生理環境下大分子復合物納米、亞納米甚至近原子尺度的原位結構信息以及其與其它大分子的相互作用信息。

Cryo-ET日益發展成為研究細胞結構與功能的主要技術手段。

需補齊人才“短板”

顯然,填補生物化學圖譜上的“空白”成為“新時代”生命科學研究領域的新賽道,各國科學家爭先在這里施展拳腳。算上2018年11月19日南方科技大學的冷凍電鏡中心揭牌,僅國內科研機構引進高端電鏡設備就已超過20臺。

隋森芳告訴《中國科學報》,與國際上相比,國內該領域研究機構雖然硬件設備條件有了極大提升,但人才依然是短板。

余學奎對此表示認同。他表示,盡管冷凍電鏡設備非常昂貴,但包括中國、歐州和美國等眾多國家,都在投入大量資金購買冷凍電鏡設備,因此冷凍電鏡相關人才短缺是一個世界性問題。“由于我國在相關領域發展時間較短而又最為快速,其人才短缺問題尤其嚴重。”

如果這些好的電鏡設備要轉化成研究成果,還需要國家在政策上鼓勵,隋森芳表示,“電鏡人才不是‘批量生產’的,是一個一個培養的,需要經過從樣品制備到控制電鏡在什么條件下輸數據再到圖像處理等比較全面的培養過程”。

在結構生物學領域,30歲~40歲這一年齡層次有一批國際頂尖的科學家是華人科學家。

“盡可能多地加大海外人才的引進,這是一個比較‘短平快’的方式,另一方面,也要讓國內培養的年輕學者留下來。”隋森芳說。

隋森芳表示,冷凍電鏡的人才短缺主要包括兩個方面,一是應用冷凍電鏡解決生命科學問題的人才,二是對冷凍電鏡設備進行管理和運行的人才。不過,前者較易通過引進海外優秀人才的方式使其短時間內盡可能填補,后者則需要國家創造更好的留住或培養人才的條件。

當前網址:http://www.nfwtph.icu/news/25.html

 
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