蛋白质是生物系统的主力，以非凡的精度和速度完成其工作。多年来，观察蛋白质的活动一直是一项重大挑战，因为成像方法往往缺乏足够的速度和分辨率来捕捉它们优雅而迅速的舞蹈。

现在，由EPFL教授UlrichLorenz领导的一个科学家团队使用了一种新颖的成像技术，将冷冻电子显微镜(cryo-EM)的时间分辨率降低到微秒，以真实地观察病毒的快速动态。-时间。该研究发表在《自然通讯》上。

研究人员于2021年首次开发了基于冷冻电镜的成像技术，该技术可以以原子精度捕获蛋白质等生物分子的图像。在冷冻电镜中，样品被嵌入玻璃冰中，这是一种玻璃状的冰，是当水快速冻结而无法发生结晶时获得的。样品玻璃化后，可以使用电子显微镜拍摄其分子结构的高分辨率照片，电子显微镜是一种使用电子束而不是光形成图像的仪器。

创新的冷冻电镜方法为其发明者雅克·杜博切特(JacquesDubochet)、约阿希姆·弗兰克(JoachimFrank)和理查德·亨德森(RichardHenderson)赢得了2017年诺贝尔化学奖。2021年，洛伦兹和他的实验室扩展了冷冻电镜的功能，能够捕获微秒(百万分之一)的蛋白质运动图像通过用激光脉冲快速熔化玻璃化样品来实现(秒)时间尺度。当冰融化成液体时，它打开了一个“可调”的时间窗口，在这个窗口中蛋白质可以被诱导以它们在细胞中自然液态状态下的方式移动。

使用相同的方法，研究人员现在已经使用他们的技术以无与伦比的精度捕获快速的病毒运动。该团队重点关注豇豆褪绿斑驳病毒(CCMV)，这是一种植物病毒，以其对其感染周期至关重要的大幅运动而闻名。众所周知，pH值的变化会导致病毒的衣壳(保护壳)迅速膨胀，利用新技术，研究小组能够观察到这一过程的实际机制。

“这是病毒感染细胞时发生的衣壳扩张，”乌尔里希·洛伦茨说。“我们反向研究了这个过程，即衣壳的收缩，这使我们能够以更直接的方式阐明衣壳的机制。”

新的成像技术创造了奇迹。洛伦兹说：“我们对这种纳米级机器的功能和机械结构有了非常详细的了解，其中包括衣壳蛋白以不同速度发生不同运动的令人惊讶的见解。”“我们还了解到，尽管收缩幅度很大，但收缩速度非常快，处于伸展状态的病毒就像一个被拉伸的弹簧，突然释放并收缩。”

除了病毒之外，新的微秒时间分辨冷冻电镜技术还解决了观察蛋白质功能的更广泛挑战。“我们首次表明，我们的方法可以用来观察自然界中实际发生的过程，”洛伦兹说。“不存在其他方法能够进行这种类型的观察。如果有可能将我们的实验扩展到更广泛的系统(我们坚信情况就是如此)，我们的方法有可能彻底改变我们对如何进行这种观察的理解。蛋白质发挥作用。”