让科学变得更简单：什么是生物分子成像？

生物分子成像揭示了一种称为烯酰辅酶A羧化酶/还原酶的酶的结构。这些与光合作用有关的酶在固定二氧化碳并将其从大气中去除方面非常有效。图片来源：Stoffel 等人，2019 PNAS，https://doi.org/10.1073/pnas.1901471116

就像汽车修理工或汽车工程师需要了解多种车辆中每个系统的组成部分一样，科学研究人员也需要了解生物有机体的组成部分，例如动物、植物和微生物。许多生物系统层，包括分子成分，支撑着生物体的生活和行为方式。

看看某样东西的样子可以帮助我们理解它是如何工作的，包括在分子水平上。由于分子太小，科学家无法直接看到或操纵它们，因此科学家使用一系列方法来间接研究它们。科学家们可以使用可见的“常规”光来拍摄使用特殊染料的分子图像。另一种方法是使用强大的显微镜创建图像，例如使用人眼无法看到的光波长的显微镜，例如 X 射线或红外光。这些生物分子成像技术以及其他了解分子的间接方法对于科学家了解复杂生物系统的努力至关重要。

生物分子成像事实

• 真菌蛋白可能会阻碍某些退行性疾病的形成。 这就是阻碍的样子。
• 科学家们可以从大约是人类头发宽度的五十分之一的微小晶体中破译蛋白质的 3D 结构。
• 一种特殊的土壤细菌菌株可以产生剧毒化合物 ，以保护自己免受其他生物的伤害，而不会伤害自己。

美国能源部科学与生物分子表征和成像科学办公室

生物分子表征和成像科学 (BCIS) 支持两个主要领域。一个领域开发先进技术，为生物能源研究制作活植物和微生物系统的图像 。这些系统同时使用可见光和激光，并结合多种成像方法来制作实时、功能系统的图像。

BCIS 的另一个领域开发技术，使用基于特殊类型光（包括 X 射线和紫外线）的成像来表征生物分子和系统。这些技术中的大多数都位于 美国能源部基础能源科学 计划支持的设施中。这些技术使科学家能够使用一系列间接表征方法来了解系统的组成和结构，其规模可缩小到单个原子。

其他进展使科学家能够使用电子显微镜 (EM) 来表征生物分子和系统。一种新技术“Cryo-EM”使科学家能够创建冷冻（冷冻）保存的分子、分子系统和细胞的图像，以比旧技术更容易制备来了解它们的 3D 结构。