結(jié)構(gòu)生物學(xué)家一直希望能可視化大分子結(jié)構(gòu)，從而探索其功能。但這需要整合多種技術(shù)，十分復(fù)雜。

　　與其他結(jié)構(gòu)生物學(xué)家一樣，加利福尼亞大學(xué)(University of California)的Eva Nogales碰上了好時(shí)代。

　　Nogales現(xiàn)在可以利用工具解決幾年前根本無(wú)法解答的分子機(jī)器相關(guān)問(wèn)題。

　　Nogales和Jennifer Doudna——是的，就是大名鼎鼎的CRISPR-Cas9發(fā)明人——最近在合作的一個(gè)項(xiàng)目就是在探索這樣的問(wèn)題。很多情況下，在DNA被CRISPR-Cas9剪切前，細(xì)胞內(nèi)會(huì)形成一個(gè)由核苷酸構(gòu)成的R環(huán)，Doudna和Nogales都對(duì)這個(gè)R環(huán)非常感興趣。Nogales等人對(duì)化膿性鏈球菌(Streptococcus pyogenes)中的R環(huán)進(jìn)行了成像，得到了近原子分辨率的結(jié)構(gòu)圖像，提示了在特定位點(diǎn)Cas9酶如何打開(kāi)DNA。

　　這項(xiàng)工作最突出的兩個(gè)亮點(diǎn)是：1，科學(xué)家們快速地將功能與結(jié)構(gòu)聯(lián)系了起來(lái);2，他們把成像方法結(jié)合了起來(lái)。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)的首選方法一直是X射線晶體衍射法。但有些生物分子太大或太小，難以結(jié)晶，因此不能采用X射線法。一些分子在發(fā)揮功能時(shí)，會(huì)發(fā)生形態(tài)或朝向的變化，而結(jié)晶法無(wú)法捕捉這些動(dòng)態(tài)變化。

　　現(xiàn)在，科學(xué)家們有一個(gè)龐大的成像工具庫(kù)作為晶體法的補(bǔ)充。一些方法，如低溫電子顯微鏡(cryo-EM)或化學(xué)家的核磁共振(nuclear magnetic resonance， NMR)成像，都能在不結(jié)晶的情況下，獲得接近原子分辨率的結(jié)構(gòu)圖像，揭示分子的形狀、大小和方向。但并非所有的方法對(duì)細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)、核酸都有用。

　　經(jīng)驗(yàn)證明，沒(méi)有一個(gè)單一的方法足以探討在細(xì)胞中發(fā)生的動(dòng)態(tài)行為和復(fù)雜的相互作用。最好的解決辦法是整合來(lái)自多個(gè)方法的圖像。

　　這種方法得到了諸多研究者的支持。加利福尼亞斯坦福大學(xué)(Stanford University)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Roger Kornberg指出，每個(gè)[方法]都能提供一些重要信息，結(jié)合起來(lái)，能實(shí)現(xiàn)1+1>2的效果。Kornberg由于在揭示基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制方面的杰出貢獻(xiàn)于2006獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。對(duì)于這一突破性的研究，他使用的是X射線晶體衍射法�，F(xiàn)在，和其他的晶體學(xué)家一樣，他開(kāi)始使用多種方法的結(jié)合。

　　Kornberg繼續(xù)分析RNA聚合酶II，但現(xiàn)在他把冷凍電鏡和晶體學(xué)結(jié)合起來(lái)。冷凍電鏡可用于不易結(jié)晶的分子，并且可用于解析較大的分子，但目前分辨率還比不上晶體學(xué)。Kornberg的實(shí)驗(yàn)室還使用化學(xué)交聯(lián)和質(zhì)譜來(lái)揭示鄰近蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，以及利用已知蛋白質(zhì)的信息進(jìn)行同源性建模。

　　Nogales和Doudna的團(tuán)隊(duì)也使用混合方法來(lái)研究R環(huán)。Nogales表示，高分辨率的X射線晶體法無(wú)法解析完整的R環(huán)結(jié)構(gòu)，所以他們用低分辨率的冷凍電鏡對(duì)完整的環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。只有把兩者結(jié)合起來(lái)，研究者們才能真正揭示CRISPR-Cas9系統(tǒng)中R環(huán)的作用。

　　這種混合或綜合性方法有助于研究人員深入研究基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，對(duì)藥物開(kāi)發(fā)者也非常有用。細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)的大蛋白質(zhì)往往是治療靶標(biāo)，高分辨率混合方法能揭示藥物與受體相互作用的原子細(xì)節(jié)。同樣，通過(guò)展示艾滋病毒、埃博拉病毒和其它病原體的包裝蛋白與免疫細(xì)胞相互作用的機(jī)制，誘導(dǎo)保護(hù)性反應(yīng)，混合方法可能能夠幫助疫苗的發(fā)展。納什維爾范德堡大學(xué)(Vanderbilt University)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Jens Meiler表示，這些結(jié)構(gòu)對(duì)于人們理解免疫系統(tǒng)的工作機(jī)制非常重要。

　　Noglaes總結(jié)到：這是混合方法的黃金時(shí)代。