向极微观深入，拓展对生命科学的认知（新知·把握科学研究新趋势）

　　头发丝，大约是肉眼可见的极限，它的直径约100微米，细胞是头发丝的1/10，细胞核则只有几微米。然而，这小小的细胞核，承载着海量的高价值遗传信息。

　　研究细胞精细结构，增进对生命的认识，必须向极微观尺度深入。

　　“从群体生态学到生命个体、器官、组织、细胞，再到生物大分子，甚至生物大分子中的原子细节，生命科学涉及从宏观到微观的多尺度研究。”中国科学院生物物理研究所研究员、生物大分子重点实验室研究组长高璞说，作为当代生命科学的重要前沿，生物大分子是典型的极微观研究领域。

　　在极微观尺度，科学家如何做研究？如何才能把握极微观科学研究趋势？记者进行了采访。

　　借助先进精密观测技术，从分子尺度“看”细胞

　　走进生物大分子重点实验室，纪伟正在指导学生调试光电关联显微镜。前不久，这位中国科学院生物物理研究所研究员、生物大分子重点实验室研究组长带领团队，基于光电关联显微镜，开发了一种新的观测方法。

　　“研究生物大分子，首先要‘看’到它。”纪伟告诉记者，核酸、蛋白质等生物大分子组装结构复杂精密，对它们观察得越清晰，对生命奥秘才能了解得越深刻。

　　17世纪，荷兰科学家用自制的显微镜，第一次观察到单细胞生物，打开了微生物学的大门。此后约300年里，光学显微镜不断发展，但分辨率因受衍射限制，达到几百纳米后就很难突破。21世纪初，随着超分辨荧光显微镜和冷冻电镜的出现，科学家得以在几十纳米到零点几纳米尺度上观察亚细胞结构，极大拓展了对生命科学的认知视野。

　　随着对微观结构探索日益深入，科学家持续改进观测技术，挑战显微镜“微”之极限。

　　对着电脑屏幕显示的细胞结构，纪伟介绍：为“看”清细胞里的精细结构，科学家要观察特定的分子状态。然而，冷冻电镜电子束只能透过约200纳米的生物样品成像，需要将数微米厚的细胞减薄后观察，但这种减薄具有随机性，无法确保目标分子保留在切片里。为实现定向目标减薄细胞，纪伟团队研发出冷冻荧光导航减薄技术，这相当于给冷冻双束电镜安装了“导航定位系统”，可以高效地实现目标导向减薄。

　　围绕生物大分子研究前沿，生物大分子重点实验室主要布局生物大分子精密观测技术、生物大分子精确组装原理和生物大分子精准调控设计三方面研究。“对生物大分子而言，这三方面研究分别对应观测它、理解它、利用它，在逻辑上密切关联、相互促进。”高璞说。

　　纪伟主要研发生物大分子精密观测技术，高璞主要研究的是生物大分子精确组装原理。“生物大分子及复合体是一切生命活动的执行者，这些分子机器活动出了问题，往往会引发疾病。”高璞告诉记者，有了精密的观测技术，科学家就能更好地研究生物大分子的有序组装及动态调控，搞清楚了这一过程，就能帮助科学家做好生物大分子精准调控设计，从而提出有效的应对策略。

　　比如，面对异常核酸信号，宿主是如何进行免疫应答，以及该过程是如何受到调控的？借助先进的生物大分子研究方法，高璞带领团队在该领域取得了一系列突破性进展，增进了人们对核酸免疫应答机制的理解。向极微观深入，在生物大分子重点实验室，这样的重要成果还有不少。