耶鲁大学与中国南京中医药大学的研究人员近日在《Nature》期刊上发表了一项重大研究，他们通过整合单颗粒分析和低温电子断层扫描术（cryo-ET），开发出了一种前所未有的成像方法，该方法能在原子水平上直接观察动物模型中的线粒体呼吸动态。这一技术的突破，为细胞生物学、疾病机制和药物研发领域带来了新的可能。

 

研究人员将两种显微镜技术巧妙结合，不仅克服了传统技术的限制，还首次实现了在天然膜环境中观察线粒体呼吸超级复合物的动态过程。这些超级复合物是线粒体内膜上的蛋白质集合体，对于细胞的能量生产至关重要。通过这项新技术，科学家们无需将这些超级复合物从线粒体中分离出来，就可以直接观察到它们的高分辨率结构，甚至包括与这些复合物结合的单个水分子。

 

此外，研究团队还开发了一种独特的计算方法，用于处理来自高度拥挤环境的图像，解决了高分辨率低温电镜（cryo-EM）分析中的瓶颈问题。这种新方法不仅提高了图像的质量，还使得科学家们能够更准确地分析细胞内的分子组成和相互作用。

 

利用这种新技术，研究人员直接对来自动物心脏模型的线粒体进行了成像，揭示了线粒体呼吸超级复合物在不同生理和病理条件下的结构和功能变化。他们发现，不同的疾病阶段会导致线粒体超级复合物的构象分布和形状发生显著变化，这一发现对于理解多种疾病的内在机制具有重要意义。

 

耶鲁大学分子生物物理学与生物化学助理教授Jack Zhang博士表示：“这项新技术让我们首次看到了细胞环境中分子间相互作用的细节，这对于我们理解生命活动的本质和开发新的治疗方法至关重要。”

 

展望未来，这种显微镜技术将为科学家们提供一个全新的视角，让他们能够更深入地了解正常细胞和患病细胞内部的情况。这项技术的进一步发展，有望为开发针对特定分子靶点的更有效药物铺平道路，对于多种疾病的治疗具有重要的应用前景。