北大团队创新自组装超结构电镜载网技术 显著提升冷冻电镜成像质量
近日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳课题组携手合作者在冷冻电镜技术领域取得重大突破，成功研发出基于石墨烯-硬脂酸分子自组装层复合结构(GSAMs)的冷冻电镜载网。该研究成果以“Self-assembled superstructure alleviates air-water interface effect in cryo-EM”为题，发表在学术期刊《Nature Communications》上(2024,15, 7300)。 单颗粒冷冻电镜作为揭示生物大分子精细结构和反应机理的关键技术，在生命科学研究中扮演着至关重要的角色。然而，传统冷冻制样过程中，生物蛋白分子容易吸附在气液界面，导致结构变性和优势取向问题，严重制约了高分辨率结构解析的精度。为解决这一难题，彭海琳课题组与合作者创新性地提出了GSAMs载网技术，显著抑制了气液界面效应，为冷冻电镜成像开辟了新途径。 GSAMs载网通过石墨烯与硬脂酸分子的自组装行为，在液面上形成大面积自支撑的石墨烯薄膜。该复合结构不仅能够有效降低蛋白分子在气液界面的吸附，还丰富了蛋白分子在冰层中的取向，极大提升了冷冻电镜成像的质量。研究团队通过GSAMs载网成功实现了多种蛋白的高分辨率三维结构解析，包括链霉亲和素(分辨率达2.6Å)、血管紧张素转换酶2-新冠病毒刺突蛋白受体结合结构域复合体(分辨率达3.3Å)以及20S蛋白酶体(分辨率达2.0Å)等，展示了该技术的强大潜力和广泛应用前景。 值得注意的是，GSAMs载网的制备方法简单易行，避免了传统高分子辅助转移法可能带来的污染问题，且实现了悬空石墨烯电镜支撑膜的批量制备，悬空膜完整度高达99.5%。这一创新不仅提升了冷冻电镜成像的分辨率，还为生物大分子结构的精确解析提供了有力支持。 彭海琳课题组与王宏伟课题组的强强联合，为冷冻电镜技术的发展注入了新的活力。此前，双方已基于悬空石墨烯功能膜在冷冻电镜成像的气液界面控制、优势取向抑制、冰层控制及样品漂移等方面取得了一系列重要成果。此次GSAMs载网的研发，再次彰显了双方在冷冻电镜技术领域的深厚积累和创新能力。 随着GSAMs载网技术的不断推广和应用，相信将为生命科学领域的研究者提供更加高效、精准的冷冻电镜成像工具，推动生物大分子结构解析的进一步发展。
