一个新的设施低温电子显微镜，或冷冻电镜，在能源部的开国家加速器实验室。

建立与合作伙伴斯坦福大学操作，同时配备有四个国家的最先进的仪器的冷冻电镜，其过去几年的快速发展给了科学家对细胞的内部运作前所未有的视图技术。

该设施是开放作为斯坦福SLAC低温EM计划的一部分，第一，它是在高端仪器和专业知识有水平的数量在世界上最先进的一种。其中的冷冻电镜倡议的目标是获得更详细的三维图像的DNA、RNA、蛋白质、病毒、细胞内细胞和微小的生物机器。

该工具允许研究人员准备样品，收集数据以很高的速度和评估数据的飞行质量，他们可以使他们的实验时间的最佳利用。他们可以进行远程实验的人或。

“这个设施是SLAC斯坦福和其他领导人的工作，规划好几年的结果，它是我们的合作伙伴带来机会的一个很好的例子，”斯坦福大学校长马克Tessier -艾薇儿，博士。“冷冻电镜研究已成为必不可少的工具，特别是在结构生物学，我们太激动了，这个国家的最先进的设施终于来了。”

生命的机械前所未有的视图
低温EM是一个版本的电子显微镜，这是在上世纪30年代发明。这些显微镜采用电子束而不是光线形成图像的样本。由于电子的波长比可见光的波长短得多，电子束显示更小的东西。

Illustration of the cryo-EM process
这个图表说明了冷冻电镜的基本知识Farrin Abbott /美国

在上世纪70年代中期，科学家们想出了冷冻样品保存生物标本的自然结构和降低电子束损伤的想法，和冷冻电镜诞生。技术发展缓慢，然后几年前作为一个巨大的飞跃，在探测器和软件的巨大进步。2017、三位科学家获得诺贝尔奖 in chemistry for their roles in developing cryo-EM.

今天，冷冻电镜三维图像在产生病毒的近原子分辨率，分子和细胞内复杂的生物机器，如核糖体在合成蛋白质。闪光冻结这些微小的东西在他们的自然环境，科学家们可以看到他们是如何建造和他们做更多的细节比以前，把成千上万的图像来创建动作电影甚至以虚拟的“切片”通过细胞，就像微型CT扫描。同时，低温EM工具变得更容易使用和更容易。

“在生物学上，一切都是动态的，总是在移动和改变。冷冻电镜可以让你捕获的蛋白质和其他生物纳米机器快照作为他们组装，拆卸和重新开展工作，说：”Wah Chiu，博士，生物工程和斯坦福和光子科学SLAC的微生物学和免疫学教授。Chiu是一个教员去年聘请谁带来的冷冻电镜的研究和技术开发的几十年经验。

“一个蛋白可能的多，它的每个功能，改变其形状，”Chiu说。“从它的样子，你可以决定如何修改它的形状，因此它的功能-例如，如果你想用疫苗或药物，开发适合特定的口袋和触发反应，与疾病的活动块。”他补充说，自己的志向是能够看这些工作的生物机器，虽然他们仍在细胞内，而不必删除或净化。

Georgios Skiniotis, PhD, professor of molecular and cellular physiology and of structural biology, arrived at the 医学院去年从密歇根大学。他擅长于复杂的受体在细胞膜，是药物开发的重要靶点的研究，但其结构和功能仍知之甚少。冷冻电镜研究了使他们更容易。

“很多人称其为冷冻电镜的革命，但我认为它更为进化的加速，因为大多数这些概念和工具已经稳步发展了很多年，”Skiniotis说。“没有任何意义上的夸张，该技术提供了前所未有的成像能力。冷冻电镜可以用于很多用途。”

在电池的研究，比如，科学家的工作与一个年长的冷冻电镜仪器在医学院最近捕获的指状生长称为树突，可以刺穿电池舱之间障碍和引发短路或火灾的第一个原子水平的图像。

技术和人情味
定位的新设施在SLAC的一大优势是实验室的技术发展历史悠久，包括计算和数据分析，说Soichi Wakatsuki教授，博士，光子科学SLAC和结构生物学在医学院，谁领导的实验室的生物科学部。
A graduate student pours liquid nitrogen into a cryo-EM device
研究生Patrick Mitchell倒进一个用液氮冷冻前研究装置。
安迪弗里伯格/美国

“添加冷冻电镜我们建立的X射线的方法将有助于我们建立，研究人员需要设计生物燃料和生物材料的基本理解，预测植物根区碳循环方式通过地质和生物系统梳理真菌和其他生物的复杂的相互关系，这是理解自然生态系统以及提高土壤肥力重要的是，”Wakatsuki说。

Chiu和Skiniotis已与斯坦福科学家研究项目多年来的合作，这是更容易，现在他们和冷冻电镜设施都很近，Chiu说。

“我认为，物理学家、环境工程师、计算机科学家和化学家在SLAC斯坦福校园可以启发我们思考的方式不同，”他说。“我毫不怀疑这将导致试样制备、新的方法收集数据，在整个管道的图像处理。”

Chiu带着他的两个国立卫生研究院研究项目，他开始在贝勒医学院。一个是冷冻电镜数据采集区域联盟。它使工具冷冻电镜科学家在美国那些没有接入技术。另外，一个国家的分子三维电子显微镜中心，重点是冷冻电镜技术的发展，是由世界各地的合作者的生物医学工程的推动下，以及对培训和服务的冷冻电镜研究全球社区。

在斯坦福SLAC cryo-EM主动路径
罗杰·科恩伯格结构生物学教授，博士，2006年诺贝尔化学奖，用于对细胞如何执行指令的DNA研究多年的EM冷冻，并主张对这一地区的扩张。医学院的投资启动驱动扩大斯坦福研究社会对这一技术的访问，以及从总统办公室和SLAC的贡献，使Skiniotis和Chiu招聘。

“我们已经收到了巨大的支持，非常高兴，说：”威廉魏丝，博士，教授，生物结构的椅子。魏丝和Axel Brunger，博士，分子和细胞生理学和神经学教授，和诺伯特测量、SCD、生物工程学教授，在招聘新教师发挥了重要作用

“这是整个跨学科的团队，一直勤奋工作，制定本程序的一个了不起的成就，”Pelc说，生物工程前的椅子。“这也是科学家从美国的一个好机会，斯坦福大学和其他机构的人将有机会获得这一前沿技术。我们都会发现他们将受益。”

布伦杰，分子和细胞生理学，加入前的椅子上，“现在可以冷冻电镜生物分子的研究在他们的环境中，如在膜中，并最终为他们的细胞环境研究。技术的进一步发展是可以想象的，细胞生物学和分子神经科学领域的革命。”

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