电子显微镜;一个在克里克推进科学的平台

人们期待已久的新弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)终于在今年8月开放了。该研究所是伦敦圣潘克拉斯车站附近的一座标志性建筑，目前它的1250名研究人员正从各个学科汇集到一起，以发现人类健康背后的基本生物学。它是世界上最大的生物医学研究中心之一，是英国三大生物医学研究资助者，医学研究委员会国家医学研究所，英国癌症伦敦研究所(林肯因菲尔兹和克莱尔霍尔)和威康信托基金会之间具有里程碑意义的合作关系，以及三所创始大学，伦敦大学学院(UCL)、伦敦帝国理工学院(ICL)和伦敦国王学院。

多元和跨学科的方法
伦敦大学学院、帝国理工学院和国王学院这三所大学的创始人的整合为克里克带来了大量的专业知识和设施，特别是来自物理、工程和临床科学的专业知识和设施，增加了生物科学和物理科学之间的互动，这将对双方都有好处，引入新的数据、方法、概念和观点，并刺激解决问题的新方法的发展。
因此，克里克的内部结构是为了鼓励“兴趣小组”的自下而上的发展，将来自整个组织的研究人员聚集在一起，分享见解，并在共同科学兴趣领域规划活动。整个建筑的设计鼓励混合，科学家们将聚集在位于每层中心的互动和协作设施以及一楼的研究所设施。雷电竞网址实验室布置在四层楼的象限内，也为高可视性而建造，增加了互动和知识共享的机会。
向克里克内部或外部研究小组提供的支持是通过科学技术平台的先进技术和专业知识，包括先进的DNA测序;最新的质谱设备，可实现基因表达，蛋白质和代谢途径的特征;生物信息学支持涉及非常大的数据集和高通量筛选设施的研究。电子显微镜，x射线晶体学和核磁共振套件允许对生物结构进行非常详细的研究。
电子显微镜(EM) STP
由于每个成像实验都是不同的，EM团队由经验丰富的博士后电子显微镜学家和具有图像分析和激光物理专业知识的科学家组成，与研究科学家合作设计每个研究项目特有的工作流程，包括样品制备协议、显微镜类型、成像策略和数据分析。雷电竞网址
电子显微镜STP拥有一系列高端电子显微镜，能够跨尺度成像样本，从单个蛋白质分子到整个生物体，如果蝇和斑马鱼。不同的光学显微镜、电子显微镜和x射线显微镜经常组合在一起，从同一样品中成像不同的信息——这个过程被称为相关显微镜，是实验室的专长之一。
“我们与克里克约三分之二的实验室合作，涉及多种学科，如结构生物学、发育生物学、神经生物学、感染、免疫、癌症生物学等。电子显微镜小组的首要任务是与克里克的这些研究小组合作，制作图像，帮助他们理解他们的科学问题，”电子显微镜小组负责人露西·柯林森解释说。
当现有的技术和技术不能回答科学问题时，EM STP与研究科学家合作设计和开发新的方法;雷电竞网址然后通过出版物、研讨会和会议将这些信息传达给更广泛的显微镜社区。
在大数据处理和分析方面，从对齐和重建到3D模型生成和显示，也提供了建议。该小组正在与计算机视觉科学家合作，开发自动分割电子显微镜图像的算法，并将来自不同成像方式的数据进行关联。雷电竞网址
“此外，STP环境为成像研究和创新提供了温床，近年来已经提供了细胞和组织的自动化3D EM，在集成超分辨率光学和电子显微镜中同时进行功能和结构成像的EM样品中的荧光团维护;超快速协议的实施，让我们在短短一天内从活体样本到电子显微镜成像，”露西补充道。
从底部开始建造
在搬到克里克仅仅几周后，露西还与工业光魔谈论了EM STP背后的一些规划和愿景，以及它的强大能力如何帮助克里克的各种项目的研究人员，以及如何通过与英国和国际合作伙伴的合作。
“弗朗西斯克里克研究所的电子显微镜套件的设计过程大约始于十年前。与建筑师和工程师合作，现场的振动和电磁场剖面被绘制出来，以了解圣潘克拉斯的地铁线路和火车将如何影响显微镜。在该遗址的西南角发现了一个“甜蜜点”，这里受影响最小。随后，8个电子显微镜室设计和建造了先进的保护系统，以保护它们免受磁场和振动的影响，并对房间的气流、空气温度和湿度进行了严格控制。这多年的工作涉及一个广泛和高技能的团队，已经提供了非常“安静”的房间，使最先进的显微镜在伦敦市中心一个极具挑战性的地点。
“电子显微镜科学技术平台(EM STP)现已投入使用，包含一套令人印象深刻的显微镜，从共聚焦和冷冻荧光显微镜，到台式SEM，集成光和SEM，几个串行块面SEM，聚焦离子束SEM，两个120 kV tem和微型CT系统。除了显微镜，还有全套样品制备设备，包括涂布机、冷冻冷冻机、高压冷冻机、冷冻替代装置、超微切片机和低温超微切片机。这意味着我们可以选择回答特定生物学问题的最佳工具，通常将显微镜结合到相关的工作流程中，这使我们能够从单个样本中跨尺度地成像不同类型的信息。
EM STP的主要重点是与克里克科学家合作，对他们的样本进行成像，并阐明他们的生物学问题。雷电竞网址在最近的合作中，我们与西蒙·博尔顿(Simon Boulton)的实验室研究了与乳腺癌和卵巢癌相关的DNA修复机制，研究蛋白质与DNA的结合;与Max Gutierrez的实验室进行的人类淋巴内皮细胞结核分枝杆菌感染的研究;以及与我们合作大学之一伦敦大学学院的Mark Marsh一起研究HIV病毒在人类巨噬细胞中的组装。这只是我们同时运行的40-60个项目中的3个。在稳定状态下，克里克将有120个研究小组，因此在不久的将来，工作量可能会增加一倍甚至三倍。
“所有这些工作，以及我们自己在设计和建造新的光学显微镜与电子显微镜集成的高级相关显微镜方面的活动，都是由十名博士后研究科学家组成的团队处理的。雷电竞网址拥有生物或物理科学博士学位，团队的每个成员都能够在广泛的技术和技术应用于克里克研究项目中工作，同时开发新的技术和技术，同时保持复杂和苛刻的设备平稳运行。同时，我们还与世界各地领先的成像实验室合作，开发和应用新的成像技术到克里克科学。我们正在与牛津郡钻石光源的Liz Duke、巴塞罗那ALBA同步加速器的Eva Pereiro和柏林BESSY II同步加速器的Gerd Schneider合作，以高分辨率对整个冷冻细胞进行成像，尽可能接近它们的生活状态。
“也许新克里克大楼最令人兴奋和印象深刻的部分，除了它的规模和位置之外，是提供了无数的合作空间，设计精美，为科学家们提供了聚集在一起，彼此放松，与外部学者和商业合作者，创造了探索最令人兴奋的跨学科想法的空间和机会。雷电竞网址宽敞的中庭上的桥上悬挂着舒适的沙发和配有AV设备的隔间，咖啡站配有玻璃墙，可以移动玻璃墙，形成一个即兴会议区，在上面写字，然后拍照并通过电子邮件发送，作为头脑风暴会议的记录。一个400个座位的礼堂坐落在中庭空间，旁边是多个休息区和公共展览空间，将我们的科学带到当地，并将通过圣潘克拉斯车站的国际观众带到隔壁。
“经过十年的规划和建设，我们对这座独特的建筑及其居住者在未来十年及更长时间内所能实现的进步感到非常兴奋。我认为没有比这更好的地方来探索生命在最小尺度上的运作方式了。”

低温显微镜显示流感病毒如何与宿主细胞融合
雷电竞网址弗朗西斯克里克研究所的科学家们已经可视化了流感病毒是如何与宿主细胞的细胞膜融合的。这是病毒生命周期中的重要一步，这一发现可能会导致预防感染的新方法。
克里克中心的彼得·罗森塔尔说:“流感病毒是一种重要的人类病原体，了解其生命周期的所有步骤对了解病毒感染非常重要。进入宿主细胞是病毒感染的关键步骤。
“在感染过程中，病毒通过将自身的脂质膜与宿主细胞膜融合，将其基因组传递到宿主细胞中。这一过程是通过血凝素的结构变化实现的，血凝素是病毒表面的两个蛋白质峰值之一。血凝素尖刺插入宿主细胞靶膜并介导膜的接近和融合。”
该研究的第一作者莱斯利·考尔德(Lesley Calder)在实验室中使用高分辨率成像方法——低温显微镜观察病毒如何与目标膜融合。
低温显微成像生物结构在冷冻水合状态，保存高分辨率的特征。然后通过电子显微镜获得图像，使用最小的电子曝光，这样电子就不会破坏感兴趣的结构。这项技术使科学家能够从多个角度记录图像，并计算出病毒与雷电竞网址目标膜融合的3D地图。3D地图，结合之前生物化学和结构研究的信息，提供了膜融合如何发生的解释。
罗森塔尔博士说:“通过高分辨率成像病毒与膜融合的方式，我们可以了解病毒蛋白及其结构变化是如何导致膜融合的。对这一过程的更详细的了解确定了可能被阻断的步骤，因此可能为未来设计抑制这些步骤的药物提供新的靶点。”
这篇论文，“低温显微镜提供流感病毒膜融合的结构快照”，发表在《自然结构和分子生物学》上。
•弗朗西斯克里克研究所(Francis Crick 雷电竞网址Institute)的科学家们利用冷冻显微镜观察了流感病毒如何与宿主细胞的细胞膜融合。
•流感病毒被分为A型、B型和c型。A型病毒是季节性和大流行性流感爆发的来源，其分类取决于其表面的两种蛋白质——称为血凝素和神经氨酸酶。血凝素负责流感病毒与宿主细胞结合，然后将病毒的基因组运送到细胞内部进行繁殖。我们的主要抗体反应是针对血凝素的。