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免費下載《細菌和古生菌細胞結構圖集》！了解細胞冷凍電子斷層掃描技術
Catherine Oikonomou是加州理工學院Grant Jensen實驗室的一名研究科學家。她與Grant一起共事約 9 年，研究方向為基于冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）技術的結構細胞生物學。
Grant 最喜歡引用偉大的已故加州理工學院物理學家 Richard Feynman 的名言來介紹他們的工作：
對于諸多基本的生物學問題，要想找到答案是非常容易的：直接去看就好了！
要想了解細胞的工作原理，他們認為較好的方法是用冷凍電鏡來進行直接觀察，而使用cryo-ET可以更直觀地觀察到細胞內的三維結構。
了解細胞冷凍電子斷層掃描技術
使用細胞冷凍電子斷層掃描技術，無需脫水或染色，只要將其原生狀態保存在玻璃態冰中即可觀察到完整的細胞內部結構。使用該技術可觀察到大分子復合物在細胞內的的形狀和分布。這其中不僅僅是一個單一的蛋白質或復合物，而是冷凍瞬間細胞內部的生物機制。正如 Feynman 所預言的，這種*的技術為我們提供了關于細胞生物學的諸多基本問題的答案——甚至還包括最小的單細胞生物：細菌和古生菌。
細菌通過組裝專門的 IV 型分泌系統 (T4SS)，將molecular cargo注入到靶細胞內。利用冷凍電子斷層掃描技術，科學家 Chang 和 Shaffer 等人第一次公布了與體內癌癥相關的 T4SS 結構，并解析了幽門螺桿菌遇到胃上皮細胞時所產生的*的膜質附屬物結構。（圖片 © 2016 Oikonomou, C., Chang, YW. & Jensen, G. Nat Rev Microbiol 14, 205–220）
在這種新技術的推動下，我們對結構微生物學的理解飛速發展，但相關教育的推進速度卻要慢得多。細胞生物學和微生物學的教科書不僅更新速度緩慢，過程也十分艱難。這樣一來，學生們從書本中往往了解到的是幾十年前的科學發現，沒有機會看到我們在近十年中取得的知識飛躍。由于冷凍電鏡價格昂貴，只能由受過嚴格訓練的專家來操作，所以學生們也沒有機會親自感受冷凍電鏡的魅力。
自從 Grant 2002 年在加州理工學院創辦實驗室以來，他們小組的科學家已經獲得了超過 40000 張的細胞斷層圖。為了探索生物學問題的答案，他們已經用冷凍電鏡觀察了幾十個不同菌種的細菌和古生菌。他們將相關的研究成果發表，并在 2018 年開始探索如何通過建立一個廣泛的、基于區塊鏈的公共數據庫，與科學界共享所有的數據。此外，我們也認為這些圖像可以吸引更廣泛的受眾，比如非專業人員——無論是醫學實習生還是生物學愛好者——都會希望可以看到細菌和古生菌的真實面貌。
免費課程資源
2020 年 12 月，Jensen Lab在加州理工學院圖書館上線了網絡版《細菌和古生菌細胞結構圖集》。這是一本免費的教科書，以寓教于樂的方式講解冷凍電子斷層掃描技術，并根據當前技術成果及時更新內容。
《細菌和古生菌細胞結構圖集》作為一本開源多媒體教科書，以從未有過的形式展示了微生物細胞內部結構，其中包含有大約 150 組效果非常好的冷凍斷層掃描圖像及動畫。
—— 詹森實驗室 (@theJensenLab) 2020年12月23日
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Catherine Oikonomou 是加州理工學院Jensen實驗室的一名研究科學家。《細菌和古生菌細胞結構圖集》由 Oikonomou 和Jensen實驗室研究員 Grant Jensen 與加州理工學院圖書館聯合推出。
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