2018年12月13日,美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室的生命科学成像研究中心在分子生物结构实验室(LBMS)的基础上破土动工,研究中心的核心设施是两台专用于生物材料研究的冷冻电镜(Cryo EM)。LBMS的使命是促进对关键生物过程和基本分子结构的科学理解。近年来,冷冻电镜快速发展,新的冷冻电镜中心将进一步提高布鲁克海文国家实验室的设施水平,催生世界一流的成像研究和发现。
打破生物学的技术壁垒
原子水平的生物结构可视化研究工具使生物学、医学和生物技术的现代化发展成为可能,这对理解生物结构与功能及其在疾病中的作用至关重要。
物质结构的测定帮助科学家在理解生物过程方面取得了许多突破,也有助于理解生物过程异常所带来的后果,这也常成为新药物研发的基础。X射线衍射可以达到原子级分辨率的成像效果,但需要进行分子结晶。这一过程耗时长、难度高,制约了对重要生物分子家族的观测。
冷冻电镜适用于单个分子,不需要结晶。在低温环境中,使用液氮将样品保持在零下274华氏度,然后用电子显微镜“拍摄”单个分子。这种能力使科学家们能够在原子分辨率下研究许多新的分子。
LBMS的两个新的冷冻电镜帮助科学家了解复杂分子结构前所未有的细节。获得同行评议认可的提案可以免费试用该设施。
创建高级成像功能中心
该中心毗邻国家同步光源II(NSLS-II),它是世界上最先进的同步辐射光源之一,产生世界上最亮的X射线。科学家可以使用NSLS-II的超亮光束进行补充研究以获得更全面的样品结构视图。
NSLS-II和LBMS先进科研设施的结合将为生物系统研究提供一套多功能的互补技术。虽然结晶学可以进行小样本高分辨率成像,冷冻电镜可以显示大蛋白复合物的结构,但分辨率较低。这些技术的结合将推动基础生物学的发展。展望未来,我们希望将其他X射线技术与低温电镜技术相结合,为生命物质结构和动力学研究提供前所未有的信息。
NSLS-II与LBMS的空间聚集优势将确保这两种设施的使用者可以充分交流互动,引领生物科学的重大突破。投入运行时,LBMS将提供多样化的培训,包括日常辅导、样品制备、数据收集和处理等。为用户提供与世界一流科学家交流、研讨的机会,实现对冷冻电镜的自主访问。该中心的资源将吸引来自世界各地的科学家,并大幅提升纽约州生物科学的竞争力。纽约州为该设施提供了1500万美元的资助。预计将在2020年实现设施全部功能,并于2019年开始培训。