據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月31日?qǐng)?bào)道，美國SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的國際科研團(tuán)隊(duì)已證實(shí)，其下屬的強(qiáng)大X射線激光器能夠借助相干X射線衍射成像等技術(shù)，破譯生物分子的原子結(jié)構(gòu)，并開辟生物學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵的新型研究方式。相關(guān)報(bào)告發(fā)表在本周出版的《科學(xué)》雜志上。

      研究團(tuán)隊(duì)使用了SLAC的直線加速器相干光源（LCLS）來獲得關(guān)于結(jié)晶的生物分子的超高分辨率視圖，其中包括在蛋清中發(fā)現(xiàn)的名為溶解酵素的小分子蛋白等。這是基于全新相干X射線成像（CXI）設(shè)備完成的首次實(shí)驗(yàn)，除了分子攝像機(jī)，適配于CXI的新型像素陣列探測器（CSPAD）也是研究的關(guān)鍵。

      數(shù)十年來，科學(xué)家通過借助X射線照射結(jié)晶樣本，重建了生物分子和蛋白質(zhì)的形狀，以研究它們將如何散射照射的光線。而此次是首個(gè)借助超短、超亮X射線激光脈沖對(duì)微晶體進(jìn)行的瞬間成像實(shí)驗(yàn)，其分辨率更高，也允許科學(xué)家使用更小的晶體，并使他們能以前所未有的方式觀察分子動(dòng)態(tài)。

      首先，科學(xué)家可通過進(jìn)樣器將單個(gè)生物分子傳送至LCLS，并使LCLS脈沖抵達(dá)CXI所在地。隨后，在生物分子被激光束擊中損毀之前，令散射的X射線與探測器“會(huì)合”，使得完好的生物分子衍射圖樣能被記錄下來，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)之中。由于每張圖樣都是隨機(jī)定向，科研人員之后可按分子的定向?yàn)槠浞诸?，聚合成完整的三維圖案?？蒲腥藛T表示，他們能夠以極高的分辨率可視化生物分子結(jié)構(gòu)，而借助相位復(fù)原技術(shù)，可通過衍射強(qiáng)度推斷出分子的三維原子結(jié)構(gòu)，推測出單個(gè)原子的位置等。

      而研究團(tuán)隊(duì)之所以選擇溶解酵素作為研究的首個(gè)樣本，是因?yàn)樗苋菀捉Y(jié)晶，前人也對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，觀測到的溶解酵素與已知的結(jié)構(gòu)一致，并未顯示出輻射損傷的明顯特征。雖然激光脈沖最終完全破壞了樣本，但卻可在其被毀壞前觀察衍射圖樣的細(xì)節(jié)，并對(duì)生物樣本進(jìn)行測量。

      研究團(tuán)隊(duì)稱，利用LCLS最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)于復(fù)雜生物系統(tǒng)的原子或分子級(jí)別的解析，例如對(duì)驅(qū)動(dòng)光合作用的膜蛋白的細(xì)胞功能及機(jī)制的剖析等。這將掀起多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)大潮，如在制藥學(xué)領(lǐng)域獲得突破或找到新型的可替代能源等。