2024年2月9日，国际学术期刊Trends in Biochemical Sciences杂志在线发表了题为“Advance, challenges, and opportunities in structural biology”的论文。该论文由四位国际结构生物学家，来自瑞士保罗谢尔研究所的Basavraj Khanppnavar博士、悉尼大学的Rachel A. North博士、巴塞罗那自治大学的Salvador Ventura教授和我院徐彦辉教授联合发表，对结构生物学的现状，未来发展趋势做出了总结和展望。

 冷冻电镜（Cryo-EM）技术发展历经了几十年的历史，层出不穷的软件和硬件革新带来了一场“分辨率革命”，使我们更加深入地理解了与生命活动密切相关蛋白质分子的结构和功能。 Khanppnavar博士和North博士共同指出，目前冷冻电镜结构解析技术相对成熟可靠，然而，冷冻电镜密度图通常会呈现出局部分辨率的较大差异，因此对结构模型的搭建和分析存在一定的主观性，研究者们对结构模型解读时应考虑到这方面因素，对模型搭建应需多重考量。此外，考虑到不同结构生物学研究方法自身固有的局限性，应综合多种技术手段，对生物大分子结构-功能关系进行全方位精细解读。Khanppnavar博士提出结构生物学未来发展的重要方向是将人工智能（AI）与现有的结构生物学手段进行结合，来探究生物大分子的未知功能。

Ventura教授提出，对人类神经退行性疾病相关的淀粉样蛋白结构研究拓展了我们对其分子形貌和致病机理的认知。目前存在的问题是，体外纯化获得的淀粉样蛋白的单颗粒冷冻电镜结构研究并不能完全代表其体内真实的分子排布。利用冷冻电子断层成像（Cryo-ET）对天然组织上淀粉样蛋白的研究可以弥补这一局限，最大程度的获得其天然构象。但是，相较于冷冻电镜单颗粒分析技术，Cryo-ET的分辨率较低。因此，综合运用冷冻电镜单颗粒技术、Cryo-ET、相关生物物理学和细胞生物学方法可以实现我们对大脑中淀粉样蛋白的全面理解。

徐彦辉教授指出，近年来结构生物学相关技术的飞速发展为结构生物学研究提供了强有力的工具，并促使结构生物学进入了前所未有的繁荣阶段。然而，我们对生物大分子的理解仍然有限，需要以结构生物学相关技术作为主导的模式转变。第一，性质优良且均一的样品是冷冻电镜单颗粒分析的关键。从细胞或组织中提取性质良好且量充足的内源蛋白质复合物一方面依赖于特异性强，亲和力高的抗体，另一方面需要大量的细胞或者组织材料，来满足样品制备中的数轮优化。第二，利用体外重组方法获得生物大分子复合物为我们研究其结构和功能提供了便利，但是通过体外重组得到的复合物是否代表其真实的生理状态有待进一步验证。因此，对复杂生命过程中生物大分子的研究仍然需要全新技术的开发。

 本综述对Cryo-EM的发展现状，存在的问题和未来的挑战提出了总结展望。尽管目前冷冻电镜可以帮助我们获得质量非凡的电子图像，利于更清楚地观察各项生命分子的形貌。但是未来仍需克服重大挑战，例如内源生物样品的制备优化，对组成复杂且存在柔性的生物大分子的结构解析等。因此，联合其他已有技术手段、结构预测、人工智能和新技术开发可以帮助我们迎接全新挑战。

原文链接：https://www.cell.com/trends/biochemical-sciences/fulltext/S0968-0004(23)00301-8