新片上線

“我用冷凍電鏡來(lái)研究生物大分子結(jié)構(gòu)，這屬于結(jié)構(gòu)生物學(xué)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。”中國(guó)科學(xué)院院士隋森芳說(shuō)。

冷凍電鏡（全稱為“冷凍電子顯微鏡”）真的有這么大“威力”嗎？

一個(gè)最直觀的例子：新冠病毒就是在冷凍電鏡下現(xiàn)出原形的。

2020年2月，西湖大學(xué)周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室利用冷凍電鏡成功解析了新冠病毒受體蛋白ACE2的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)等；3月，南方科技大學(xué)與深圳國(guó)家感染性疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心聯(lián)合發(fā)表成果，他們首次使用冷凍電鏡觀察到了新冠病毒經(jīng)滅活后的真實(shí)形貌，為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)病毒致病性、推進(jìn)疫苗和藥物研發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。

用隋森芳的話說(shuō)，應(yīng)用冷凍電鏡，使在原子水平上解釋生命現(xiàn)象成為可能。

換言之，冷凍電鏡推動(dòng)生命科學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。

隋森芳院士

白手起家

2017年，為獎(jiǎng)勵(lì)其在中國(guó)冷凍電鏡領(lǐng)域的先驅(qū)開拓性工作及人才培養(yǎng)，隋森芳被授予中國(guó)冷凍電鏡終身成就獎(jiǎng)。

隋森芳“在意”這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，他認(rèn)為這是同行對(duì)他30多年間在冷凍電鏡領(lǐng)域工作的肯定。如今，冷凍電鏡已經(jīng)是一種主流技術(shù)，應(yīng)用在藥物開發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療、新材料等眾多學(xué)科，其相關(guān)研究甚至在2017年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但在30多年前的中國(guó)，冷凍電鏡還是一項(xiàng)少人問(wèn)津的研究。而隋森芳接觸到冷凍電鏡也是跨界。

20世紀(jì)60年代，他剛考入清華大學(xué)時(shí)學(xué)的還是精密儀器和機(jī)械制造；70年代轉(zhuǎn)入固體物理班，第一次對(duì)“微觀世界”產(chǎn)生了濃厚的興趣。1983年，當(dāng)時(shí)在耶魯大學(xué)任教的蒲慕明來(lái)清華講學(xué)，隋森芳參與了接待工作。這期間，他隱隱感受到生物學(xué)在未來(lái)將擁有廣闊的創(chuàng)新前景。恰逢清華大學(xué)要恢復(fù)生物系，隋森芳主動(dòng)請(qǐng)纓加入生物物理研究室。不久后，被公派至德國(guó)留學(xué)，師從時(shí)任歐洲生物物理學(xué)會(huì)主席的薩克曼教授。這段旅程，成了他在冷凍電鏡領(lǐng)域的開端。

20世紀(jì)90年代，隋森芳（左）在實(shí)驗(yàn)室。

1988年年底，隋森芳回到了清華大學(xué)。彼時(shí)，空蕩蕩的實(shí)驗(yàn)室中，最值錢的“家當(dāng)”就是他從德國(guó)帶回來(lái)的一臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制的LB膜儀。

暫時(shí)沒有電鏡，他和學(xué)生們制備好樣品就去外面借設(shè)備來(lái)觀測(cè)；國(guó)內(nèi)買不到表面等離子共振（SPR）等裝備，他就帶著學(xué)生一點(diǎn)點(diǎn)搭建起能夠滿足生物樣品測(cè)量需求的儀器，直到建立起國(guó)內(nèi)首個(gè)蛋白質(zhì)電鏡三維重構(gòu)實(shí)驗(yàn)室。

不論“白手起家”過(guò)程中遇到多少難題，都沒有澆滅隋森芳的研究熱情。從第一個(gè)課題“蛋白質(zhì)脂單層表面的二維結(jié)晶化研究”開始，隋森芳和團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用電子顯微鏡和三維重構(gòu)技術(shù)，結(jié)合生物物理學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等技術(shù)手段研究蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能，不斷向?qū)W術(shù)最前沿推進(jìn)。

“我相信這個(gè)學(xué)科有發(fā)展前景。”隋森芳堅(jiān)定地說(shuō)。這份堅(jiān)定，一如當(dāng)初他買了單程票準(zhǔn)備回國(guó)時(shí)的初心，“要把自己的國(guó)家建設(shè)好，把自己的大學(xué)建設(shè)好，是我的使命”。

他認(rèn)定了冷凍電鏡

在我國(guó)結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域，清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心是最耀眼的一支隊(duì)伍。中心執(zhí)行主任王宏偉，1996年追隨隋森芳攻讀博士學(xué)位時(shí)，冷凍電鏡還是個(gè)小眾學(xué)科，國(guó)內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室不超過(guò)5個(gè)。

所謂冷凍電鏡，指的是在低溫下使用透射電子顯微鏡對(duì)冷凍固定在玻璃態(tài)冰中的生物大分子進(jìn)行成像，然后應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理和計(jì)算，最終重構(gòu)生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。盡管從20世紀(jì)七八十年代起，歐洲、美國(guó)的一些實(shí)驗(yàn)室逐漸拼湊齊了冷凍電鏡技術(shù)鏈，但令結(jié)構(gòu)生物學(xué)家真正接受這一技術(shù)，依然經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間。

2017年，隋森芳團(tuán)隊(duì)報(bào)道的首個(gè)完整藻膽體的近原子分辨率的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)。（圖片來(lái)源：清華新聞網(wǎng)）

但對(duì)隋森芳而言，鉆研冷凍電鏡是他出國(guó)前就瞄準(zhǔn)的目標(biāo)。他認(rèn)為，用電鏡來(lái)研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，不僅可以改變過(guò)去只能通過(guò)光譜學(xué)間接了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的狀況，還能夠發(fā)揮他多學(xué)科背景的特長(zhǎng)。

作為我國(guó)冷凍電鏡的先行者，隋森芳參與建立的清華大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)也已成為世界上水平最高的冷凍電鏡平臺(tái)之一。而他長(zhǎng)期致力于利用冷凍電鏡技術(shù)研究與生物膜相關(guān)的重要蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能，取得了一系列有國(guó)際影響力的科研成果。即便年過(guò)七旬，仍然埋首耕耘在科研最前線。

在實(shí)驗(yàn)室工作

2017年，隋森芳團(tuán)隊(duì)在《自然》（Nature）期刊上首次報(bào)道了海洋紅藻太平洋凋毛藻（Griffithsia pacifica）藻膽體的3.5 ?分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。這是世界上第一個(gè)完整藻膽體的近原子分辨率的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)，為揭示藻膽體的組裝機(jī)制和光能傳遞途徑奠定了重要基礎(chǔ)。

2019年，他和團(tuán)隊(duì)又在《自然》（Nature）上報(bào)道了模式藻鹽澤紅藻（Porphyridium purpureum）的藻膽體的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)，將分辨率提高到2.8 ?，揭示了能量在藻膽體內(nèi)傳遞的調(diào)節(jié)機(jī)制，是該領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)重大研究成果。

2020年，他與中國(guó)科學(xué)院植物所沈建仁、匡廷云研究組合作的“破解藻類水下光合作用的蛋白結(jié)構(gòu)和功能”，被評(píng)為2019年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。

團(tuán)隊(duì)合影

但與之相比，更令他欣慰的是，培養(yǎng)出了一批成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)中堅(jiān)力量的科技人才。“他們?cè)谧约旱墓ぷ鲘徫簧细芍约悍浅釔鄣氖虑椋页跻姵尚В俏曳浅ｒ湴恋囊患隆Ｎ乙蚕朐谟猩辏M可能為我國(guó)生命科學(xué)發(fā)展多做貢獻(xiàn)，盡可能地培養(yǎng)出更好的學(xué)生、比自己優(yōu)秀的學(xué)生。”隋森芳說(shuō)。

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