激光可提高低温电子显微镜的时间分辨率

2017年，Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson因在低温电子显微镜(Cryo-electronic microscopy，简称cryoEM)方面的贡献而获得诺贝尔化学奖，低温电子显微镜是一种能够以原子分辨率捕捉蛋白质等生物分子图像的成像技术。在cryoEM中，样品被放在玻璃冰中——当水快速结冰而无法结晶时形成的类似玻璃的冰。随着样品玻璃化，可以用电子显微镜拍摄它们分子结构的高分辨率照片，这是一种使用电子束而不是利用光形成图像的仪器。

cryoEM离我们的生活并不远，它为生命科学、化学和医学领域的应用提供了新的可能。例如，它最近被用来绘制新型冠状病毒刺突蛋白的结构图，有利于新冠肺炎疫苗的开发。

2020年研究人员绘制的新型冠状病毒刺突蛋白在原子尺度上的3D“蓝图”。

蛋白质不断改变着它们在细胞中的三维结构。这些构象重排是蛋白质完成其特殊功能所不可或缺的，并且在很短的时间内即可完成（百万分之一到千分之一秒）。这种运动可以说是“瞬息万变”，以至于目前的cryoEM协议无法对其进行实时观察，这使得我们对蛋白质的理解并不全面。

但是，由洛桑联邦理工学院（EPFL）基础科学学院的Ulrich Lorenz领导的一个科学家小组开发了一种cryoEM方法，在《Chemical Physics Letters》上公开了他们的成果，可以捕捉微秒(即百万分之一秒)内的蛋白质运动图像。该方法包括用激光脉冲快速熔化玻璃化样品。当冰融化成液体时，有一个可调的时间期，研究人员利用此时间可以诱导蛋白质，使其以在细胞自然液态里的方式进行移动。

来源：Jonathan M. Voss et al, Rapid melting and revitrification as an approach to microsecond time-resolved cryo-electron microscopy, Chemical Physics Letters (2021).DOI: 10.1016/j.cplett.2021.138812