支持膜

激励本土科研力量，加快青年科学家成长中国上海，12月27日 – 由中国科学院科学时报社《科学新闻》主办、赛默飞世尔科技支持的“寻找未来科学之星”活动，历经4个月的报名、选拔和评选，于12月15日在京举行了隆重的颁奖仪式。经过激烈角逐，在纳米科学、生命科学、信息科学和环境科学四个跨学科领域，清华大学生命科学院的祁海等一大批优秀的青年科学家脱颖而出。作为此次评选的支持者，赛默飞世尔科技旨在激励和扶持中国本土科研力量，帮助青年科学家的快速成长。“寻找未来科学之星”活动是中国大陆地区首次针对40岁以下的青年科学家所设置的奖项。组委会对参评者的论文进行逐一检索与核对，计算其代表论文的相对水平，结合其他参数进行排序，由知名权威科学家对初选阶段的胜出候选人进行评审，并最终评选出2010年度“未来科学之星”。此次活动为中国科技发展的有生力量提供良好的工作环境和学术氛围，为中国科学的进步贡献了实质性力量。活动当天，赛默飞世尔科技中国区副总裁孙建一先生为环境科学获奖者颁奖，并做了题为《环境挑战青年科研人才的发展》的精彩演讲。同时，赛默飞世尔支持举办的“中国环境科学杰出青年科学家论坛”，为来自各领域青年科学家及奖项的入围者提供了积极交流的平台。对此次活动的成功举办，赛默飞世尔科技中国区副总裁兼总经理迈世福先生说：“赛默飞世尔希望通过支持此次大赛，促进科研机构和社会对青年科研人才的重视，加强科学家的交流及成果转化，推动中国本土科研力量的不断进步！”作为全球科学服务领域的领导者，赛默飞世尔科技一直致力于促进中国科学领域的发展。2010年4月，赛默飞世尔科技与生物通网站携手创立了“赛默飞世尔特约之2010实验室创新技术大奖”，旨在加速推进生命科学研究进展，并促进成型实验创新方法产业化；2009年，赛默飞世尔科技在全球启动的RNAi干扰研究/药物筛选资助项目为全球生命科学研究者免费提供价值高达40万美元的RNAi干扰试剂，以期加快生物医学研究的步伐；此外，赛默飞世尔还深入到复旦大学、同济大学等国内一流高校，与中国科学界的新生力量进行以“服务科学，走进校园”为主题的学术交流活动。 赛默飞世尔科技中国区副总裁孙建一先生（左二）为环境科学获奖者颁奖 关于赛默飞世尔科技赛默飞世尔科技（纽约证交所代码：TMO）是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年度营收达到100多亿美元，拥有员工35,000多人服务客户。这些客户包括：医药和生物技术公司、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所和政府机构以及环境与工业过程控制装备制造商等。公司借助 Thermo Scientific 和 Fisher Scientific 这两大品牌，帮助客户解决从常规测试到复杂的研发项目中所面临的各种分析方面的挑战。Thermo Scientific向客户提供了一整套完整的高端分析仪器、实验室设备、软件、服务、耗材和试剂，以实现实验室工作流程综合解决方案。Fisher Scientific 为卫生保健、科学研究，安全和教育领域的客户提供完整的实验室装备、化学药品、供应品和服务的组合。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科研的飞速发展不断地改进工艺技术，并提升客户价值，帮助股东提高收益，还为员工创造良好的发展空间。欲了解更多信息，请浏览公司网站: www.thermofisher.com 或中文网站www.thermo.com.cn ；www.fishersci.com.cn 。

近年来，由于硬件和图像处理算法上的不断突破，冷冻电镜单颗粒技术已经成为研究生物大分子复合体三维结构的主要研究手段之一，并已经达到了原子分辨率的水平。冷冻电镜技术流程中的关键步骤包括了冷冻样品的制备，将生物大分子样品快速冷冻在玻璃态冰中，用于下一步的冷冻电镜成像。然而，在实际的研究工作中，人们经常遇到颗粒不进孔、分布不均匀、取向优势严重、蛋白质变性等问题，导致无法解析样品的高分辨率三维结构，成为利用冷冻电镜解析生物大分子复合体高分辨率三维结构的关键瓶颈之一。近年来的研究逐步明确了该瓶颈问题的微观机理是源于传统冷冻制样过程中的气液界面效应，中科院生物物理所生物大分子国家重点实验室章新政课题组近期对于该机理问题进行了深入的探讨（Journal of Structural Biology 213, 107783）。孙飞课题组与中科院生物物理所生物成像中心开展合作，多年来围绕冷冻电镜样品制备技术开展了研究和创新，先后开发了微孔阵列碳支持膜GiG（发明专利ZL201310489148.1）和微孔阵列非晶镍钛合金支持膜ANTA（发明专利CN201810326897.5 Progress in biophysics and molecular biology 160, 5-15），相关技术产品广泛用于我国冷冻电镜实际研究工作。近日，中科院生物物理所生物大分子国家重点实验室孙飞课题组与南开大学生命科学学院分子微生物学与微生物工程实验室乔明强课题组合作，在 Nature Communications 期刊上发表了题为 ：A cryo-electron microscopy support film formed by 2D crystals of hydrophobin HFBI 的研究论文。针对当前冷冻电镜样品制备过程中普遍存在的由于气液界面导致的样品变性、解聚和取向优势问题，研究团队报道了一种用基于真菌疏水蛋白HFBI薄膜的新型冷冻电镜支持膜技术，可以有效解决由于气液界面效应导致的样品变性、解聚和取向优势问题，提高利用冷冻电镜技术解析生物大分子复合物高分辨率三维结构的通量与效率。真菌疏水蛋白是一类由高等丝状真菌分泌的小分子量蛋白质（7-15kDa），可在菌丝和孢子表面自组装形成两亲性蛋白膜，在真菌不同发育阶段中起到关键作用。疏水蛋白作为两亲性蛋白质，其表面展现出明显的疏水和亲水性区域，使得疏水蛋白成为表面活性最强的蛋白质之一。良好的生物相容性、独特的自组装特性及高度的成膜稳定性使得疏水蛋白被广泛用于食品乳化、药物递送、生物材料修饰和生物传感器等领域研究。疏水蛋白HFBI是一类由瑞氏木霉生产的II型疏水蛋白，可以在气液界面处自组装成单层、高度有序的二维晶体结构（图1）。图1. 真菌疏水蛋白生理功能及HFBI结构示意图在本项研究中，研究人员利用疏水蛋白HFBI自组装形成的连续二维晶体薄膜来覆盖微孔阵列非晶镍钛合金膜载网（图2），用于冷冻电镜样品制备。该载网天然亲水，无需做辉光放电处理，通过静电相互作用吸附蛋白颗粒来克服样品与气液界面接触的问题。此外，该支持膜能够帮助形成更均匀更薄的玻璃态冰，背景衬度低，有利于高分辨率和高信噪比的冷冻电镜成像。在本项研究中，研究人员用该载网成功解析了6种蛋白质的高分辨率冷冻电镜结构（图3），其中包括两个在过去冷冻电镜实验中具有明显取向优势的蛋白质样品--过氧化氢酶catalase和流感病毒血凝素HA，分子量最小可达64 kDa。这些研究结果表明该新型冷冻电镜支持膜载网可以有效解决气液界面效应，对不同分子量的样品具有广泛的适用性。此外，在本项研究中，研究人员证明了该疏水蛋白膜是通过静电相互作用来吸附蛋白颗粒，这个相互作用可以改变样品溶液的pH值来进行调节，从而为后期人们使用该支持膜载网提供了明确的优化方向和手段。图2. 疏水蛋白支持膜载网的制备流程图图3. 利用疏水蛋白支持膜载网所解析的冷冻电镜结构该研究工作由中国科学院生物物理研究所和南开大学合作完成，通讯作者为生物大分子国家重点实验室孙飞研究员和南开大学生命科学学院乔明强教授。孙飞课题组博士生范宏成设计并制备了疏水蛋白支持膜载网，为本项工作的第一作者，南开大学乔明强研究组博士生王波制备了疏水蛋白样品，为本项工作的第二作者。孙飞研究组的张艳副研究员、朱赟副研究员和翟宇佳副研究员在数据处理、文章写作和专利申请方面给予了指导。南开大学乔明强研究组的徐海津副教授和博士生宋博参与了疏水蛋白样品的制备和性质检测。该项工作的所有电镜数据收集工作均在中科院生物物理所生物成像中心完成，感谢季刚博士、黄小俊博士、贾星博士、朱博玲博士、范德印等工程师的帮助。该项工作得到了科技部重点研发项目、科技部中国-瑞士科技合作项目、国家自然科学基金、中科院先导B项目和北京市科委的支持。最后，该项研究成果已经申请了中国发明专利（申请号CN202110576212.4）。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27596-8

12月14日，中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室孙飞课题组与南开大学生命科学学院分子微生物学与微生物工程实验室乔明强课题组合作，在Nature Communications上发表了题为A cryo-electron microscopy support film formed by 2D crystals of hydrophobin HFBI的研究成果。针对当前冷冻电镜样品制备过程中普遍存在的由于气液界面导致的样品变性、解聚和取向优势问题，该研究报道了一种用基于真菌疏水蛋白HFBI薄膜的新型冷冻电镜支持膜技术，为相关问题提出了有效的解决方案。　　近年来，由于硬件和图像处理算法上的不断突破，冷冻电镜单颗粒技术已成为研究生物大分子复合体三维结构的主要研究手段之一，并已达到原子分辨率的水平。冷冻电镜技术流程中的关键步骤包括冷冻样品的制备，将生物大分子样品快速冷冻在玻璃态冰中，用于下一步的冷冻电镜成像。然而，实际研究工作中存在颗粒不进孔、分布不均匀、取向优势严重、蛋白质变性等问题，导致无法解析样品的高分辨率三维结构，成为利用冷冻电镜解析生物大分子复合体高分辨率三维结构的瓶颈。近年来的研究逐步明确了该问题的微观机理是源于传统冷冻制样过程中的气液界面效应，生物物理所生物大分子国家重点实验室章新政课题组近期对于该机理问题开展了研究（Journal of Structural Biology 213, 107783）。孙飞课题组与生物物理所生物成像中心合作，围绕冷冻电镜样品制备技术，开发了微孔阵列碳支持膜GiG和微孔阵列非晶镍钛合金支持膜ANTA（Progress in biophysics and molecular biology 160, 5-15），相关技术产品用于冷冻电镜实际研究工作。在上述工作的基础上，孙飞课题组基于乔明强课题组制备的真菌疏水蛋白HFBI研发了全新的冷冻电镜支持膜HFBI-film，可有效解决由于气液界面效应导致的样品变性、解聚和取向优势问题，提高利用冷冻电镜技术解析生物大分子复合物高分辨率三维结构的通量与效率。　　真菌疏水蛋白是一类由高等丝状真菌分泌的小分子量蛋白质（7-15kDa），可在菌丝和孢子表面自组装形成两亲性蛋白膜，在真菌不同发育阶段中起到关键作用。疏水蛋白作为两亲性蛋白质，其表面展现出明显的疏水和亲水性区域，使疏水蛋白成为表面活性最强的蛋白质之一。良好的生物相容性、独特的自组装特性及高度的成膜稳定性使疏水蛋白被广泛用于食品乳化、药物递送、生物材料修饰和生物传感器等领域。疏水蛋白HFBI是一类由瑞氏木霉生产的II型疏水蛋白，可以在气液界面处自组装成单层、高度有序的二维晶体结构（图1）。　　本研究中，科研人员利用疏水蛋白HFBI自组装形成的连续二维晶体薄膜来覆盖微孔阵列非晶镍钛合金膜载网（图2），用于冷冻电镜样品制备。该载网天然亲水，无须做辉光放电处理，通过静电相互作用吸附蛋白颗粒来克服样品与气液界面接触的问题。该支持膜能够帮助形成更均匀更薄的玻璃态冰，背景衬度低，有利于高分辨率和高信噪比的冷冻电镜成像。研究人员用该载网解析了6种蛋白质的高分辨率冷冻电镜结构（图3），包括两个在冷冻电镜实验中具有明显取向优势的蛋白质样品——过氧化氢酶catalase和流感病毒血凝素HA，分子量最小可达64 kDa。结果表明，该新型冷冻电镜支持膜载网可以有效解决气液界面效应，对不同分子量的样品具有广泛的适用性。此外，研究人员证明了该疏水蛋白膜是通过静电相互作用来吸附蛋白颗粒，这一相互作用可以改变样品溶液的pH值来进行调节，从而为后期使用该支持膜载网提供了明确的优化方向和手段。　　研究工作得到国家重点研发计划、中国-瑞士科技合作项目、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）和北京市科学技术委员会的支持。相关成果已申请中国发明专利。该工作的电镜数据收集工作均在生物物理所生物成像中心完成。　　论文链接