2024年9月22日上午，南方科技大学沈庆涛教授受邀通过线下方式在海洋生命学院举行了“冷冻电镜：昨天，今天与明天”讲座报告会。沈庆涛教授现担任生物物理学会监事，显微学会副秘书长等，长期聚焦生理温度下的4D冷冻电镜方法学开发，在国际一流期刊发表文章20余篇。
沈庆涛教授首先介绍了显微镜的发展历程。从光学显微镜和电子显微镜的特点导入，光学显微镜依赖于可见光衍射极限的物理特性，其放大倍数有限，分辨率较小。电子显微镜使用电子束代替光线，由于电子的波长远小于可见光，电子显微镜能够提供远高于光学显微镜的分辨率，但也存在两个问题：真空和对比。电子显微镜需要在真空环境中操作，限制了对活细胞或含水量高的样本的观察；电子与物质的相互作用会导致样品损伤，尤其是生物样本，这可能会改变其原始结构。接着介绍了冷冻电镜技术的发展中的重要人物与技术突破：1970年，傅里叶利用电子显微镜构建出病毒的三维结构模式图；1990年，亨德森证明了电子显微镜可以提供与X射线晶体学生成一样详细的图像；高分辨率3D图像的生成等。
接下来，沈庆涛教授讲述了冷冻电镜技术的发展现状及其在生物科学研究中的重要应用。通过介绍周正洪教授的研究——揭示非包被膜病毒进入细胞的启动机制，展示了冷冻电镜在科学研究中的重要作用。随后讲述相机技术的发展过程，从CCD到K2 Summit，指出相机成像技术的进步是推动低温冷冻电镜分辨率提升的关键因素。重点介绍了在冷冻电镜研究领域获得重要成就的科学家们，这标志着冷冻电镜技术在科学界的重要地位得到了国际最高荣誉的认可。这些里程碑事件不仅提升了冷冻电镜的技术性能，也加速了其在结构生物学、药物设计、基础医学研究等领域的应用。随着技术的不断完善，冷冻电镜在未来有望解决更多生物分子结构和功能的奥秘。
最后，沈庆涛教授介绍了冷冻电镜技术的未来发展前景及其研究方向。先通过都江堰鱼嘴分流示意图展望了冷冻电镜分辨率的提升前景。接着讲述了温度控制在生物样品观察过程中的重要作用，并以70S核糖体为例，展示了退火技术如何改变蛋白质的物理和化学性质，提高样品局部分辨率。最后通过能量景观分析，证明了退火技术可以使核糖体进入全局能量最小的非旋转状态。
冷冻电镜技术将生物样本快速冷冻至液氮温度，在接近自然状态下观察生物大分子结构，通过快速冷冻防止冰晶的形成允许对包含水分的生物样本进行成像，从而保持样本的结构完整性。还可以对大量相同生物分子的二维投影图像进行平均，来提高三维结构重建的分辨率，冷冻电镜在生物大分子结构分析方面展现出了独特的优势。
报告会上，沈庆涛教授和与会师生进行了深入交流和互动。《现代海洋生物学》课程修课研究生等校内外师生260余人参加了本次报告会。
通讯员：刘晓收
