2019年，在一次科學(xué)會(huì )議上的偶然邂逅使得密歇根州立大學(xué)（MSU）的研究人員識別出了第一個(gè)在高分辨率下實(shí)驗確定的蛋白質(zhì)結構，這一結構該結構有助于蛋白質(zhì)在輻射、高溫甚至太空真空等惡劣條件下生存。

在2019年，Ben Orlando教授在自然科學(xué)學(xué)院發(fā)表了一場(chǎng)研究演講，為數十年來(lái)醞釀的合作突破奠定了基礎。在那天的演講廳里，名譽(yù)教授Lee Kroos也在場(chǎng)，他剛剛從MSU退休，經(jīng)歷了超過(guò)30年的開(kāi)創(chuàng )性職業(yè)生涯。

Kroos與斯巴達的團隊長(cháng)期以來(lái)一直在努力捕獲一種被稱(chēng)為SpoIVFB的蛋白質(zhì)結構（發(fā)音為“spo-four-eff-bee”）。SpoIVFB屬于一類(lèi)特殊的酶，這些酶有助于調節生命各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵細胞功能。

SpoIVFB在孢子形成過(guò)程中扮演著(zhù)重要角色，這一過(guò)程使得細菌能夠抵御極端環(huán)境。

由于多年試圖捕獲SpoIVFB結構的挑戰，Kroos對Orlando在前沿冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）領(lǐng)域的專(zhuān)長(cháng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

圖片信息：SpoIVFB的三維結構與黑白二維冷凍電鏡圖像。通過(guò)從不同角度拍攝數千張甚至數百萬(wàn)張樣本圖像，研究人員能夠繪制出非常詳細的3D地圖。

“冷凍電鏡讓我們得以觀(guān)察到一個(gè)通過(guò)其他方式無(wú)法看到的世界，”Orlando說(shuō)道。

現在，Orlando和Kroos的研究團隊在《自然通訊》期刊上發(fā)表的研究成果報告了SpoIVFB的第一個(gè)高分辨率實(shí)驗確定結構。

具體來(lái)說(shuō)，研究人員發(fā)現了SpoIVFB與其相互作用的特定分子結合的情況，從而促進(jìn)了有用生化產(chǎn)物的生成。

這項研究深入了解了從細菌到人類(lèi)等生物體中發(fā)現的細胞調節機制，在微生物學(xué)、結構生物學(xué)和酶學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。

“近年來(lái)，這項技術(shù)在膜蛋白結構生物學(xué)中帶來(lái)了變革，”Orlando說(shuō)。這些發(fā)現為結構生物學(xué)提供了關(guān)鍵知識。

通過(guò)拍攝成千上萬(wàn)甚至數百萬(wàn)張樣本從不同角度的樣本圖像，研究人員能夠創(chuàng )建一個(gè)高度詳細的3D樣本地圖。

“這項技術(shù)幫助我們克服了許多挑戰，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們將深入探索生物學(xué)的更多新領(lǐng)域，”Orlando說(shuō)，他期待MSU冷凍電子顯微鏡設施的擴展將為材料科學(xué)、微生物學(xué)和生物化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的研究者帶來(lái)新的機遇。

雜志：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-52634-6