诺奖得主“封神”：新显微技术看清细胞内每个
他是一位中国女婿，2014 年诺贝尔化学奖得主，获奖理由是实现了单分子水平的超高分辨率荧光显微技术。如今他再修显微神技，可以 3D 方式看清楚细胞内每个细节。
他就是美国霍华德·休斯医学研究所（HHMI）珍妮莉亚研究园区的埃里克·本茨格（Eric Betzig）教授。这项研究于北京时间 2020 年 1 月 17 日发表在美国《科学》杂志（Science）封面上。通讯作者是本茨格和同事哈拉尔德·赫斯（Harald F. Hess）博士，他们是老搭档。
本茨格在接受 DeepTech 专访时表示，虽然这项技术还处于起步阶段，但他们已经发现了一些令人惊讶的现象。“这些现象暗示了我们目前对细胞的描述是带有偏见的，这些发现可能会对肿瘤学、免疫学和发育生物学产生重大影响。”
这项技术被称为 cryo-SR/EM，意即融合了超分辨率的光学显微镜技术和电子显微镜技术，最终以 3D 形式呈现了细胞内部清晰的细节。
通过这种新的显微技术，你可以看到细胞内部真实且繁杂忙碌的世界，以及蛋白质与细胞精细结构的关系。可以这么说，如果说摘得诺奖是登顶，那么这次，埃里克·本茨格接近封神了。
图 | 新技术融合了超分辨率的光学显微镜技术和电子显微镜技术，最终以 3D 形式呈现了细胞内部清晰的细节。（来源：《科学》）
图 | 哺乳动物小脑颗粒神经元的半透明彩色核。（来源：《科学》）
一加一大于二
显微技术在今天有很多选择，但都不完美：要么观察的细胞结构不完整，要么无法应用荧光，要么分辨率不够，要么视野太小。
依靠荧光分子标记，光学显微镜下就可以轻松识别特定的细胞结构，而超分辨率的荧光显微镜提升了清晰度。然而细胞中有上万种蛋白质，荧光标记只能在有限时间内分辨个位数的蛋白质，这就让人们难以理解标记蛋白质与其他物质的关系。
另一方面，高分辨率的电子显微镜可以显示细胞中所有结构，但在异常拥挤的细胞内部，比如染色质和内质网，仅仅依靠电子显微镜的灰阶成像难以区分所有的细节，难以鉴定蛋白质的分布。此外，电子显微镜技术需要对样品进行切片、脱水、固定、镀金等操作，这会破坏细胞活性甚至改变其结构。
既然都不完美，那么科学家设想，将这两种技术结合起来是不是可以得到更好结果呢？
本茨格和赫斯是这么做的：
第一步，将细胞高压冷冻。这会在数毫秒内迅速让细胞内部活动停止，还能防止损坏细胞结构冰晶的产生，那么数据会更加保真。
接下来，把样品放置到不到绝对零度以上 10 度的低温中，用超分辨率的荧光显微镜进行 3D 成像。
第三步，将样品用树脂包埋，在赫斯实验室开发的超级电子显微镜中成像。这个电子显微镜会向细胞表面发射一束离子，每拍摄一次就会研磨掉一层样品。之后计算机会将这些图像拼接进行 3D 图像重建。
最后，将两种方式获得的 3D 图像叠加，令人震撼的细胞内部就呈现出来了。
图 | 全细胞的关联成像。自左上方顺时针分别为：线粒体和内质网蛋白正交排列的立体渲染图；形态各异的溶酶体囊状结构；有转录活性的报告蛋白决定了异染色质亚域；与接触小脑颗粒神经元的膜粗糙度相关的粘附蛋白；过氧化物酶体（粉红色）与内质网（红色）和线粒体（青色）。（来源：《科学》）
新显微技术可以看清楚电子显微镜中难以辨别的部分，如特别长且错综复杂的内体，并且可以区分溶酶体、过氧化物酶体和线粒体来源的囊泡。比如：
染色质：神经元的细胞核在成熟前后有显著不同。DNA 会重新包装，开启新的一组基因。这些变化会在细胞内部的灰色斑点和彩色荧光两种模式中体现出来。
神经黏连：类似瑞士奶酪的黏连会将新生神经元迁移到神经系统的正确位置。
内体：可帮助细胞存储蛋白质，分解胞内垃圾以及运输物质。但电子显微镜照片无法区分那么多囊泡。
精彩弹幕，尽在客户端
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（来源: 霍华德·休斯医学研究所）
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