冷凍電鏡三維分子成像國際研討會源起于2008年由郭可信先生的學(xué)生組織發(fā)起的“郭可信電子顯微學(xué)和晶體學(xué)暑期學(xué)?！薄．?dāng)時(shí)我國在電子顯微學(xué)領(lǐng)域的研究實(shí)力非常強(qiáng)，但主要體現(xiàn)在材料物理方面，在生物領(lǐng)域的研究應(yīng)用還基本處于空白狀態(tài)。會議的組織者希望能通過舉辦這樣的會議將國內(nèi)生物電鏡的應(yīng)用帶動(dòng)起來。第一屆主要以培訓(xùn)的形式為主，到2010年第二屆會議時(shí)，組織者提出了在培訓(xùn)同時(shí)舉行冷凍電鏡三維分子成像國際研討會，以促進(jìn)冷凍電鏡前沿研究的交流。
本次大會主席由海外華人學(xué)者加州大學(xué)舊金山分校副教授程亦凡、美國紐約州立大學(xué)石溪分校教授李慧林，聯(lián)合中科院上海生化細(xì)胞所/國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心•上海(籌)的叢堯、何勇寧研究員四位專家構(gòu)成主席團(tuán)。
會議參會人員近300人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了原計(jì)劃的150人的預(yù)期。主辦方邀請了來自世界各地的30余位杰出的電子顯微學(xué)家作大會報(bào)告及培訓(xùn)指導(dǎo)，如美國貝勒醫(yī)學(xué)院教授、美國科學(xué)院院士Wah Chiu (趙華)，美國加州大學(xué)舊金山分校教授、美國科學(xué)院院士David Agard，美國加州理工學(xué)院教授、霍華德休斯研究員Grant Jensen，美國加州大學(xué)洛杉磯分校教授、納米機(jī)器電子成像中心主任Z. Hong Zhou (周正洪)、中國科學(xué)院院士隋森芳等。
冷凍電鏡技術(shù)發(fā)展迎來新紀(jì)元
2014年年初，冷凍電鏡曾被《Nature Methods》雜志評選為“2014年最受關(guān)注的技術(shù)”。從此次會議的盛況來看，這一稱號冷凍電鏡可以說“當(dāng)之無愧”，會議甚至吸引了此前一直利用X射線晶體學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的清華大學(xué)教授施一公前來參加。
冷凍電鏡突然之間如此備受關(guān)注，和去年年底華人學(xué)者程亦凡發(fā)表的一項(xiàng)成果有著莫大的關(guān)系。2013年12月5日，程亦凡與同事David Julius兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室合作，以近原子分辨率(3.4 埃)，確定了在疼痛和熱知覺中起中心作用的一種蛋白質(zhì)TRPV1的結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)成果可以說是冷凍電鏡應(yīng)用研究的一個(gè)分水嶺，因?yàn)樵诖酥敖Y(jié)構(gòu)生物學(xué)研究主要依賴X射線晶體學(xué)，也可用核磁共振(NMR)來研究部分小分子的結(jié)構(gòu)。人們認(rèn)為冷凍電鏡的分辨率不夠高，如果研究分子量較大的病毒、核糖體等還可以，而研究小分子量的蛋白質(zhì)則無法實(shí)現(xiàn)。
另外，由于TRPV1屬于膜蛋白，膜蛋白是重要的藥物作用靶點(diǎn)及細(xì)胞信號傳導(dǎo)通道，所以自1997年它被發(fā)現(xiàn)以來，許多研究者都希望能夠解析它的結(jié)構(gòu)。但這類蛋白嵌在細(xì)胞膜中，很難得到蛋白結(jié)晶，因而很難利用X射線晶體學(xué)方法對其進(jìn)行解析。而如今，冷凍電鏡以接近X射線晶體學(xué)的分辨率成功解析了TRPV1膜蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可以說是結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的一個(gè)里程碑事件。程亦凡認(rèn)為將來會有不少從事X射線晶體學(xué)研究的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家將冷凍電鏡作為自己的重要研究工具。
李慧林表示：“亦凡的工作可以說為冷凍電鏡的應(yīng)用打開了一個(gè)新的局面。膜蛋白是重要的藥物靶點(diǎn)，因此會有越來越多的制藥公司關(guān)注這一技術(shù)。而現(xiàn)在的制藥公司會做很多X射線晶體學(xué)的研究工作，以后他們可以有新的選擇了?！?/P>
我國冷凍電鏡技術(shù)研究漸入佳境
冷凍電鏡技術(shù)最先由歐美國家在上世紀(jì)70、80年代開發(fā)并應(yīng)用，我國科學(xué)家在90年代開始冷凍電鏡技術(shù)的研究，起步比較晚，但近年來伴隨海外華人學(xué)者的大力幫助，以及近十年來一批優(yōu)秀的科學(xué)家學(xué)成回國，我國在這一領(lǐng)域的研究開始蓬勃發(fā)展。
今年是該會議第四次舉辦，程亦凡參加了每一屆會議，在他看來這四屆會議可以說很好的見證了國內(nèi)冷凍電鏡的發(fā)展歷程。他說：“2008年、2010年兩屆會議我們所有的報(bào)告人都來自海外，而到了2012年就有不少國內(nèi)的學(xué)者帶來精彩的報(bào)告，今年無論是報(bào)告人還是參會人數(shù)又達(dá)到了一個(gè)新的高度?！?/P>
李慧林則表示：“2008年國內(nèi)當(dāng)時(shí)只有一兩個(gè)課題組從事冷凍電鏡應(yīng)用研究，而到今年粗略估計(jì)已有近20個(gè)課題組。清華大學(xué)、生物物理所、國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心、中科大、中山大學(xué)、廈門大學(xué)、蘭州大學(xué)等都有老師在做這方面的研究?！?/P>
此外，為了推動(dòng)我國生物學(xué)的快速發(fā)展，政府對于這一領(lǐng)域的研究也投入了大量的財(cái)力。Wah Chiu在參觀了本次大會舉辦地國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心•上海(籌)后感嘆地說：“我在美國從來沒有看到像這樣完備的蛋白質(zhì)研究平臺，這為中國和世界上的科學(xué)家的提供了非常好研究條件?！?/P>
政府科研投入的增加也在一定程度上推動(dòng)了我國冷凍電鏡的技術(shù)研究。程亦凡說：“2008年時(shí)國內(nèi)還只有清華大學(xué)訂購了一臺300kV的Titan Krios冷凍電鏡，到2010年生物物理所和清華大學(xué)各有一臺，2012年國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心•上海開始籌建，訂購了3臺冷凍電鏡，包括一臺Titan Krios，今年我們看到這些儀器都已到位，另外浙江大學(xué)也開始籌建冷凍電鏡實(shí)驗(yàn)室，計(jì)劃采購兩臺冷凍電鏡。”
經(jīng)過各方面的努力，當(dāng)前我國的冷凍電鏡研究已經(jīng)取得了一定的成績，與國際先進(jìn)水平的差距逐漸縮小。就在今年，生物物理所李國紅與朱平研究員合作在《Science》雜志上發(fā)表了冷凍電鏡30納米染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)解析;清華大學(xué)施一公院士與劍橋生物醫(yī)學(xué)院Sjors H. W. Scheres教授合作在《Nature》雜志上發(fā)表了利用冷凍電鏡技術(shù)解析人類γ-分泌酶(γ-secretase)的三維結(jié)構(gòu)。
另外，據(jù)介紹生物物理所研究員孫飛已經(jīng)在開始做冷凍電鏡技術(shù)開發(fā)方面的工作。程亦凡說：“我覺得他們的工作非常有意義，我們不能只是用別人的技術(shù)來做我們的研究，而是不僅要會用這一技術(shù)，還要盡力去發(fā)展完善這一技術(shù)，這樣才能有更好的成就。”
冷凍電鏡發(fā)展前景廣闊 人才需求缺口大
隨著冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展，對于人才的需求也越來越大。我國在冷凍電鏡人才培養(yǎng)方面，經(jīng)過幾年時(shí)間的積累，也有一些優(yōu)秀的青年人才成長起來，這其中郭可信電子顯微學(xué)和晶體學(xué)暑期學(xué)校發(fā)揮了重要作用。叢堯說：“我們希望通過暑期學(xué)校能培訓(xùn)一批高技術(shù)冷凍電鏡人才，為冷凍電鏡技術(shù)在我國的后續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！?/P>
程亦凡介紹說：“我們現(xiàn)在培養(yǎng)的學(xué)生在海外很受歡迎。像隋森芳院士培養(yǎng)的學(xué)生很輕松就能拿到幾個(gè)國際頂級科研機(jī)構(gòu)的博士后offer。”
但是現(xiàn)在對于冷凍電鏡人才的需求非常大，我們培養(yǎng)的學(xué)生數(shù)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。程亦凡說：“雖然目前冷凍電鏡的研究很活躍，但是這一技術(shù)還非常不完善，所以有許多的工作要做，需要很多人力。同時(shí)，對于一個(gè)電鏡實(shí)驗(yàn)室，往往需要從實(shí)驗(yàn)員、到中級管理人員、高級管理人員等各個(gè)層次的人才。另外，隨著冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展，如果從事X射線晶體學(xué)研究的課題組要進(jìn)入這一領(lǐng)域，最快捷的方法就是招聘從電鏡實(shí)驗(yàn)室畢業(yè)的學(xué)生?！?/P>
“不過在中國，好在我們有一個(gè)優(yōu)勢，就是我們的材料電鏡非常強(qiáng)，培養(yǎng)的人才已趨于飽和。材料電鏡領(lǐng)域的學(xué)生他們雖然不懂生物學(xué)，但是有著非常強(qiáng)的電鏡技術(shù)背景，如果他們當(dāng)中有人愿意轉(zhuǎn)向生物學(xué)應(yīng)用方向，一定會有非常好的發(fā)展前景?？梢哉f今后5-10年電鏡實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的學(xué)生都不愁找工作。我們希望能夠吸納更多的優(yōu)秀人才從事冷凍電鏡的研究，推動(dòng)這一技術(shù)的快速發(fā)展?！背桃喾舱f道。(撰稿：秦麗娟)
2014冷凍電鏡三維分子成像國際研討會與會人員合影
附錄：
第七屆郭可信電子顯微學(xué)和晶體學(xué)暑期學(xué)校舉辦
http://www.instrument.com.cn/news/20140728/137553.shtml
國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心•上海(籌)
