9月21日晚，美国国家科学院院士、哥伦比亚大学终身教授、2017年诺贝尔化学奖获得者Joachim Frank做客第172期大师讲坛，为交大学子进行主题为《冷冻电镜的重构》的讲座。欧宝app官方网站下载党委常委、常务副校长、中国科学院院士丁奎岭，集思未来高等研究院执行院长颜盛，欧宝app官方网站下载机械与动力工程学院党委副书记张执南出席本次活动。本场讲座在线上举办，来自北京大学、清华大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、欧宝app官方网站下载、南京大学、东南大学、浙江大学、中国科学技术大学、武汉大学、西安交通大学等11所“双一流”高校的2830名本硕博学生在云端参加了讲座。

在讲座上，Joachim Frank教授以通过电子显微镜发现蝴蝶翅膀的色彩之谜为开场，阐述了通过不同视角观察世界的重要性，进而引入了“通过电镜观察并理解细胞”的核心主题。随后，Joachim Frank教授结合自己的科研经历，讲解了通过发展单粒子冷冻电镜（cryo-electron microscopy）实现在电子显微镜下观察到最接近原始状态的生物分子的过程，以及其研究团队在冷冻电镜、分子生物学和开发SPIDER软件等方面取得的研究成果。

Joachim Frank教授在讲座中提到：快速冷冻，可以使生物分子和所在水溶液环境迅速从溶液态转变为玻璃态，而玻璃态则可以使生物分子的结构保持其天然状态。假如以温和缓慢的方式进行冷冻，这样便会形成晶体冰过程，生物分子的结构将会被损坏。早在1981年，Jacques Dubochet（共同获奖者之一）为了在高倍电镜下观察到生物分子的结构性分离，将水加入了电子显微镜，通过快速降温使得生物分子样本能够保持其自然形态。

冷冻电镜技术的出现使得科研工作者能够观察到“鲜活的”生物分子，而摄像技术的革新使得电子显微镜达到了更高的分辨率。Joachim Frank教授谈到在2020年时，冷冻电镜的最高分辨率已经可以达到1.7Å，对比1989年的最高分辨率45Å来说，取得了非常大的进步。而且Joachim Frank教授认为，世界上有许多团队也为冷冻电镜技术进步做出了贡献。

最后，Joachim Frank教授总结道：使用单粒子冷冻电镜观察生物分子时不需要晶体，所需的样品量也很少，并且通常可达2-4Å的分辨率（迄今为止最高分辨率为1.2Å），观察到的分子也是最接近原生状态的，解决膜蛋白的结构比使用X-ray晶体学要容易得多，同时，单粒子冷冻电镜技术也大量扩展了分子医学有关的结构数据库，正如Joachim Frank教授说的——“单粒子冷冻电镜是结构生物学的新时代！”

在提问交流环节，Joachim Frank教授根据同学的提问，结合自身的经历，耐心细致地与同学们讨论了科学兴趣的起源、冷冻电镜的未来发展以及艺术和科学追求的平衡等问题。教授的讲座与回答激发了同学们对于冷冻电镜技术的兴趣，他的经历也激励着同学们努力学习，不断向科学的更高峰迈进。

【嘉宾简介】

Joachim Frank，德裔生物物理学家，美国国家科学院院士，现任美国哥伦比亚大学教授，研究领域包括生物化学、分子生物物理学等。

1975年到2008年间，Joachim Frank教授完善了电子显微镜图像处理的单颗粒算法，发明了SPIDER软件，该软件至今为全世界上百家实验室广泛使用，并应用冷冻电镜和单颗粒技术，在解析原核和真核细胞核糖体结构和功能领域做出了非凡的贡献。2017年10月获得诺贝尔化学奖，表彰其发展了冷冻电子显微镜技术以高分辨率解析生物分子的结构。

【背景介绍】

2012年，直接电子探测相机的出现引领了冷冻电镜分辨率革命，带领冷冻电镜技术进入新纪元。在新冠疫情中，冷冻电镜技术也极大程度帮助科学家确定了新型冠状病毒SARS- CoV2与人体细胞受体结合以及与抗体结合的结构，助力快速鉴定病毒的突变与进化。目前，冷冻电镜技术依旧在不断发展革新。