中科微末x赛默飞在中科大举办冷冻电镜断层扫描Cryo-ET技术培训讲座

5月8日，中科微末团队与赛默飞世尔科技（中国）有限公司合作在中国科学技术大学举办了冷冻电镜Cryo-ET技术主题培训讲座。

本次活动线上与线下共同参与的嘉宾有加州大学洛杉矶分校（UCLA）周正洪教授、加州大学洛杉矶分校（UCLA）周正洪教授团队的王辉博士、加州大学洛杉矶分校（UCLA）周正洪教授团队的夏显博士、赛默飞黄子惠博士、中国科学院深圳先进技术研究院陶长路研究员、中科大冷冻电镜平台负责人高永翔老师、中科微末中国区负责人王琰女士以及赛默飞与中科微末团队成员等，对冷冻电镜领域的“新兴力量”——冷冻断层扫描技术（cryo-electron tomography，cryo-ET）进行了深入探讨与交流。

首先，赛默飞团队介绍了冷冻电镜断层扫描技术为解决生命科学问题提供的“结构生物学方案”和前沿技术进展。与日渐成熟的冷冻电镜单颗粒分析技术一起，冷冻电镜断层成像技术和子断层图像平均法STA（sub-tomogram average）也开始在细胞生物学领域发挥重要的原位结构解析作用。

黄子惠博士现场介绍

什么是冷冻电镜断层扫描？不同于传统的冷冻电镜单颗粒分析，在Cryo-ET中，对单一样品进行旋转，让电子光路通过不同倾斜角度下的同一样品，就能够通过得到的不同电子透射照片进行目标结构的三维还原。这就允许对较大范围下亚细胞级别的原位生物结构进行电子三维成像。而在某些原位样品中有单类分子多次重复的情况（如细胞内核糖体、核小体等），断层成像技术能够将大量聚集出现的蛋白所在的子断层图像（sub-tomogram）裁剪出来，并将所有的同质信号旋转叠加起来，最终获得一个高信噪比、高分辨的蛋白质结构，这就是STA算法。在STA方法加持下，Cryo-ET的分辨率可达原子级别；而在样品不满足STA要求的情况下，也有多种新兴策略被开发出来提升Cryo-ET的分辨表现。

Cryo-ET介绍

在当今的生命科学领域，Cryo-ET大有用武之地。在细胞生物学，如核孔复合体、核小体、线粒体、内质网等细胞结构；在微生物学，如细菌和古菌的细胞壁；在神经科学领域，如突触及囊泡的结构、信号转导的过程、神经退行性疾病的研究；在医药领域，如临床病理样本的检测。凭借其原位成像（in situ）、更广范围（seeing the whole picture）、更高分辨（higher resolution）的特性及技术方案的革新与成熟，Cryo-ET让研究人员在近原子分辨率“更进一步”看清真相。比如在样品制备方面，冷冻FIB（Cryo-FIB）将聚焦离子束电镜和冷冻系统结合，减少了离子束对样品的损伤，并且可对液相和离子束敏感的样品进行分析。这一新兴技术允许人们获得更薄、更精确的冷冻样品切片。

在人们逐渐发掘出Cryo-EM解析生物大分子三维结构的时空分辨极限之际，或许Cryo-ET，作为能够处理原位结构的新兴冷冻电镜方法，将成为结构生物学领域与细胞乃至组织和器官接轨的更大“潜力股”。

黄子惠博士研究方向为利用冷冻电镜进行病毒及光合作用相关蛋白的结构研究。现就职于赛默飞，主要负责Single particle analysis、Cryo-Tomography等前沿技术在生命科学中的应用工作拓展。

在Cryo-ET领域，美国加州大学洛杉矶分校周正洪教授团队还在STA分析的前沿方向贡献了大量创新算法。团队与合作者于2022年10月29日发表在Nature communications发表成果，开发了一套基于深度学习的cryoET数据处理算法和软件IsoNet,有效解决了cryoET成像中的缺失锥效应和低信噪比问题。

加州大学洛杉矶分校（UCLA）周正洪教授团队的王辉博士在线介绍了Cryo-ET的工作流程和背后的算法支持开发

中科大冷冻电镜平台负责人高永翔老师（左一）

在2024年2月19日，团队还在Biological Imaging上发表文章，利用模板匹配和深度学习互补的方式进行自动的粒子识别和3D分类，从而在许多断层图像中对这些颗粒进行精确定位和平均化。TomoNet作为一个具有现代图形用户界面的软件包，能够执行冷冻电子断层扫描和子断层平均的全流程，以较高效率实现高分辨率的自动化解析过程。

关于冷冻电镜的未来，来自加州大学洛杉矶分校（UCLA）周正洪教授团队的夏显博士在线介绍了冷冻电镜领域的理想和现实、前沿应用以及未来机遇。

来自中国科学院深圳先进技术研究院的陶长路研究员，团队聚焦于发展与应用冷冻电镜断层原位成像技术与超分辨荧光显微成像技术，结合多种技术手段，对神经信息传递的最基本结构与功能单元-神经突触进行全方位系统解析。结合大数据处理与分析手段，将能够解析重要突触蛋白的原位三维结构，并构建突触的定量化分子架构图谱。对突触结构与功能的系统解析将推动我们对大脑信息传递编码机理以及学习记忆等高级脑功能的理解，将启发新一代类脑计算与人工智能新架构，还将为阐述相关脑疾病的机理以及药物研发提供结构基础。

陶长路研究员（左一）

加州大学洛杉矶分校（UCLA）纳米机器电子成像中心主任，加州大学洛杉矶分校微生物学、免疫学和分子遗传系及加州纳米系统研究所教授，美国微生物科学院（AAM）院士周正洪在线做了补充说明和解答

中科微末也将携手同行持续深耕冷冻电镜领域，探索冷冻电子显微成像技术的新一代“产业蓝海”。我们在生物大分子及其复合体的三维结构解析方面技术成熟、经验丰富，能够在原子级分辨率解析多种生物大分子材料的三维结构。

我们致力于为药企和高校医院科研工作者提供一站式、自动化、原子级分辨率的结构解析服务，助力创新药物研发和科研成果转化，帮助科研人员实现“原子结构自由”。

在多方支持下，本次讲座培训圆满成功。欢迎与更多企业、院校等平台进行广泛的交流与探索合作。