北大團隊創新自組裝超結構電鏡載網技術 顯著提升冷凍電鏡成像質量
【化工儀器網 項目成果】近日，北京大學化學與分子工程學院彭海琳課題組攜手合作者在冷凍電鏡技術領域取得重大突破，成功研發出基于石墨烯-硬脂酸分子自組裝層復合結構(GSAMs)的冷凍電鏡載網。該研究成果以“Self-assembled superstructure alleviates air-water interface effect in cryo-EM”為題，發表在頂級學術期刊《Nature Communications》上(2024,15, 7300)。
單顆粒冷凍電鏡作為揭示生物大分子精細結構和反應機理的關鍵技術，在生命科學研究中扮演著至關重要的角色。然而，傳統冷凍制樣過程中，生物蛋白分子容易吸附在氣液界面，導致結構變性和優勢取向問題，嚴重制約了高分辨率結構解析的精度。為解決這一難題，彭海琳課題組與合作者創新性地提出了GSAMs載網技術，顯著抑制了氣液界面效應，為冷凍電鏡成像開辟了新途徑。
GSAMs載網通過石墨烯與硬脂酸分子的自組裝行為，在液面上形成大面積自支撐的石墨烯薄膜。該復合結構不僅能夠有效降低蛋白分子在氣液界面的吸附，還豐富了蛋白分子在冰層中的取向，極大提升了冷凍電鏡成像的質量。研究團隊通過GSAMs載網成功實現了多種蛋白的高分辨率三維結構解析，包括鏈霉親和素(分辨率達2.6?)、人體血管緊張素轉換酶2-新冠病毒刺突蛋白受體結合結構域復合體(分辨率達3.3?)以及20S蛋白酶體(分辨率達2.0?)等，展示了該技術的強大潛力和廣泛應用前景。
值得注意的是，GSAMs載網的制備方法簡單易行，避免了傳統高分子輔助轉移法可能帶來的污染問題，且實現了懸空石墨烯電鏡支撐膜的批量制備，懸空膜完整度高達99.5%。這一創新不僅提升了冷凍電鏡成像的分辨率，還為生物大分子結構的精確解析提供了有力支持。
彭海琳課題組與王宏偉課題組的強強聯合，為冷凍電鏡技術的發展注入了新的活力。此前，雙方已基于懸空石墨烯功能膜在冷凍電鏡成像的氣液界面控制、優勢取向抑制、冰層控制及樣品漂移等方面取得了一系列重要成果。此次GSAMs載網的研發，再次彰顯了雙方在冷凍電鏡技術領域的深厚積累和創新能力。
隨著GSAMs載網技術的不斷推廣和應用，相信將為生命科學領域的研究者提供更加高效、精準的冷凍電鏡成像工具，推動生物大分子結構解析的進一步發展。
素材來源：北京大學新聞網
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