资源共享丨免费下载《细菌和古生菌细胞结构图集》！了解细胞冷冻电子断层扫描技术

Catherine Oikonomou是加州理工学院Grant Jensen实验室的一名研究科学家。她与Grant一起共事约 9 年，研究方向为基于冷冻电子断层扫描（cryo-ET）技术的结构细胞生物学。Grant 最喜欢引用伟大的已故加州理工学院物理学家 Richard Feynman 的名言来介绍他们的工作：

      对于诸多基本的生物学问题，要想找到答案是非常容易的：直接去看就好了！

要想了解细胞的工作原理，他们认为好的方法是用冷冻电镜来进行直接观察，而使用cryo-ET可以更直观地观察到细胞内的三维结构。

了解细胞冷冻电子断层扫描技术

使用细胞冷冻电子断层扫描技术，无需脱水或染色，只要将其原生状态保存在玻璃态冰中即可观察到完整的细胞内部结构。使用该技术可观察到大分子复合物在细胞内的的形状和分布。这其中不仅仅是一个单一的蛋白质或复合物，而是冷冻瞬间细胞内部的生物机制。正如 Feynman 所预言的，这种先进的技术为我们提供了关于细胞生物学的诸多基本问题的答案——甚至还包括最小的单细胞生物：细菌和古生菌。

细菌通过组装专门的 IV 型分泌系统 (T4SS)，将molecular cargo注入到靶细胞内。利用冷冻电子断层扫描技术，科学家 Chang 和 Shaffer 等人首次公布了与体内癌症相关的 T4SS 结构，并解析了幽门螺杆菌遇到胃上皮细胞时所产生的独特的膜质附属物结构。（图片 © 2016 Oikonomou, C., Chang, YW. & Jensen, G. Nat Rev Microbiol 14, 205–220）

在这种新技术的推动下，我们对结构微生物学的理解飞速发展，但相关教育的推进速度却要慢得多。细胞生物学和微生物学的教科书不仅更新速度缓慢，过程也十分艰难。这样一来，学生们从书本中往往了解到的是几十年前的科学发现，没有机会看到我们在近十年中取得的知识飞跃。由于冷冻电镜价格昂贵，只能由受过严格训练的专家来操作，所以学生们也没有机会亲自感受冷冻电镜的魅力。

自从 Grant  2002 年在加州理工学院创办实验室以来，他们小组的科学家已经获得了超过 40000 张的细胞断层图。为了探索生物学问题的答案，他们已经用冷冻电镜观察了几十个不同菌种的细菌和古生菌。他们将相关的研究成果发表，并在 2018 年开始探索如何通过建立一个广泛的、基于区块链的公共数据库，与科学界共享所有的数据。此外，我们也认为这些图像可以吸引更广泛的受众，比如非专业人员——无论是医学实习生还是生物学爱好者——都会希望可以看到细菌和古生菌的真实面貌。

免费课程资源

2020 年 12 月，Jensen Lab在加州理工学院图书馆上线了网络版《细菌和古生菌细胞结构图集》。这是一本免费的教科书，以寓教于乐的方式讲解冷冻电子断层扫描技术，并根据新的技术成果及时更新内容。

《细菌和古生菌细胞结构图集》作为一本开源多媒体教科书，以前所未有的形式展示了微生物细胞内部结构，其中包含有大约 150 组效果惊人的冷冻断层扫描图像及动画。

—— 詹森实验室 (@theJensenLab) 2020年12月23日

”Catherine Oikonomou 是加州理工学院Jensen实验室的一名研究科学家。《细菌和古生菌细胞结构图集》由 Oikonomou 和Jensen实验室首席研究员 Grant Jensen 与加州理工学院图书馆联合推出。“

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