负六十度角的三维逆投影:鲍迈斯特与冷冻电子断层扫描(Cryo-ET)
1998 年 2月1日 · 冷冻物镜高倾角样品台(Cryo-Tilt Stage ±60°)与十轴低温测角仪
你知道吗?
单颗粒电镜是把上百万具孤立的标本在体外拼图,Cryo-ET 却是举起倾斜的透镜,直接潜入细胞未曾拆迁的古老城市废墟中进行原位三维考古。
当单颗粒冷冻电镜(SPA)在体外纯化重组蛋白上大杀四方时,生物学家内心始终留存着一丝不安:把蛋白质从细胞里抽提纯化出来,它在试管里的姿态真的与在活细胞内拥挤拥塞的环境中一样吗?德国马克斯·普朗克生物化学研究所的沃尔夫冈·鲍迈斯特(Wolfgang Baumeister)给出的终极答案是:冷冻电子断层扫描(Cryo-ET)。
与医院CT机绕着人体旋转X光机相反,在电镜超高真空与狭窄物镜间隙中,鲍迈斯特设计了极高机械稳定性的低温测角台(Goniometer)。在总累积辐射剂量严格限制在几十个电子每平方埃的生死红线下,样品台在-60度到+60度之间以1到2度的步进微幅倾转,逐个角度抓拍一张低信噪比二维投影图,汇聚成倾转序列(Tilt Series)。
随后依据拉东变换与傅里叶投影切片定理(Projection Slice Theorem),计算机将所有二维投影反向投影并滤波重构为高分辨率三维断层体数据。人类终于不必把细胞捣碎,就能直接在细菌或原生生物体内,看清核糖体如何趴在内质网上翻译多肽、蛋白酶体如何吞噬底物、病毒如何刺穿细胞膜的无修饰原位全景!