我想提的是大约一周前报道的一些事情，如果你不是结构生物学家，可能听起来有点异国情调或晦涩难懂。但这是另一个迹象，表明我们获得生物分子结构(和其他结构)的能力正在发生革命，这是我们以前从未有过的，未来几年的影响将是深远的。
我说的是冷冻电子显微镜的改进，可以精确到原子分辨率。我之前已经在博客上多次提到过冷冻-EM(最近一次是在这里和其他地方)，因为在博客本身的生命周期中，这项技术已经取得了巨大的进步。现在，“自然”杂志上的两篇论文报道了最新的一篇文章，它将低温电磁数据的质量带到了20年前没有多少人会预料到的水平。
2010年代初带来了一场尚未结束的“决议革命”。它是几种技术的结合，在硬件和软件方面都有改进。Cryo-EM可能是计算密集型的，所以即使硬件在(比方说)1985年就可用，我们也不能像现在这样从其中提取信息(至少在任何有用的时间内都不能！)。但这不仅仅是更好的处理器和更好的软件；更新的硬件不是故事的一小部分。我们有更好的电子源，更好的方法将光束的能量保持在非常窄的范围内和非常精确的瞄准，在样品的后端有更好的探测器，总体上有新的降噪技术-所有这些和更多的软件能力结合在一起，产生了令人惊叹的东西。
如果你想知道有什么大不了的，可以总结为“你不再需要一直种植水晶了”。X射线结晶学从20世纪初开始就是一项巨大的技术，几十年来取得了进步，原因与Cryo-EM最近的一些原因相同：更好的X射线源(包括更明亮和更紧密的)，更好的探测器，以及更好的算法和硬件来运行它们。现代结晶学将使那些在20世纪50年代做了大量工作来生成每一个结构的人陷入困境。但你仍然需要水晶，高质量的水晶，才能让这项技术发挥作用。种植它们是一种巫术。真的是这样。正如我已经说过很多次的，你所要做的就是走进蛋白质结晶学实验室，看到到处都是成堆的多孔板，到处都是几十、数百、数千种尝试，通过改变浓度，改变缓冲液，改变蛋白质结构，改变长长的盐、反离子和添加剂清单，人们多年来一直试图诱使蛋白质以某种方式排列并形成有序的排列。
正如任何在这一领域做过一点点工作的人都会证明的那样，即使你看到美丽而厚实的晶体正在形成-而不是那些毛茸茸的线，那些通常不起作用的线-你也离脱离森林还有很远的路要走。第一个大问题是“那真的是你的蛋白质吗？”因为这些盐和添加剂本身也可以形成很好的晶体，第二个大问题是“它会衍射吗？”非常具有装饰性的晶体在X射线照射时可能会变得一团糟：你想要的是一阵阵定义明确的衍射点，随着晶体和光束之间的方向变化，美丽图案的扫描会发生变化，并延伸到探测器的边缘(它们走得越远，你可能就能从最终数据集中拧出越高的分辨率)。你经常看到的是碎片和污点，肮脏的大猩猩，一开始很难看，随着你的观看变得越来越难看。罗伯特·帕尔默几年前就警告过我们，漂亮的脸蛋并不意味着没有漂亮的心，每个结晶学家都知道他是对的。为什么，是的，我亲自尝试过生长晶体并收集数据：我有没有出卖自己？
但是如果你不需要这么做呢？低温电磁不需要水晶。你拿出你感兴趣的蛋白质，把它的溶液铺在一个表面上，再经过几个步骤，你就会得到散布在那里的各个方向的单个蛋白质颗粒。然后你用你的奇特的电子束逐个击中它们，然后在你的奇特的探测器上收集结果，所有的数据都会进入一些非常奇特的软件中。如果一切顺利，该软件可以对你收集的颗粒进行分类-沿边缘、倾斜、向右向下、长边躺着等等-并建立一个可能产生数据的蛋白质外观的模型。在这种情况下，你可以将收集到的颗粒分类为边缘、倾斜、中间偏下、长边等等，并建立一个模型，说明可能产生数据的蛋白质看起来是什么样子。过去，这个过程会给你毛茸茸的球，但现在它们变得越来越锋利。
现在我们来看单个原子，这就是高质量的X射线结构一直能够提供的。随着这些技术分辨率的提高，照片变得令人震惊。芳香环，例如，像苯丙氨酸侧基
以冷冻电子断层扫描为例，你可以将这些技术应用到细胞本身的蛋白质上。这是一项相当密集的技术，但它已经为我们提供了对蛋白质结构和功能的洞察力，这是我们用其他任何方式都无法获得的。这种事情在不久前还被认为是不可能的，我很高兴能够看到它真的发生了。
“你所要做的就是走进蛋白质结晶学实验室，看到到处都是堆积如山的多孔板。”
呃。在我参与的一个项目中，结晶学家的同事在项目结束前的倒数第二次会议上宣布，他们终于设法获得了我们蛋白质晶体的X射线。正如他们告诉我们的那样，他们“只是拿起一个装有蛋白质溶液的小瓶，然后再看一眼，这个小瓶已经放在架子上大约六个月了”。当时，我发现他们对此有点轻率。现在我开始明白那些不言而喻的部分了。很可能还有更多的瓶子“留在架子上”参与了这个故事。还有更多的架子。
我仍然对这个决议印象深刻，特别是考虑到涉及的湿工作量(我不知道计算部分)。在座的各位能就更小蛋白质结构的进展发表他们的看法吗？这些是一些巨大的复合体，500和250 kDa。我们有没有可能让这对50 kDa的蛋白质起作用？
自从Max Perutz以来，我们一直在想，我们在x射线衍射中看到的构象是溶液中的主要构象，还是仅仅是晶体堆积作用力选择的构象。现在，有了冷冻EM，我们反而可以怀疑我们所看到的构象是否受到了与(铜？)接触的青睐。浮出水面。但是我们现在有成堆的核磁共振数据表明x射线结构通常与溶液结构相对应。
感兴趣的蛋白质并不靠近网格中的铜。取而代之的是，它通常嵌在一个小碳孔内的玻璃冰中。然而，颗粒经常暴露在冰边的大气中，这肯定也不是生理学的。这里有一段视频显示了这一点：https://vimeo.com/369583017。
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