观察细胞内分子的秘密生命

为了了解细胞的功能，科学家们研究了它们的不同成分——从单个分子到多个细胞器——如何协同工作。使用传统的结构生物学技术，他们可以观察单个分子，放大单个原子。然而，在大多数情况下，这种方法仅提供分子的静态快照。为了推断分子结构在细胞环境中的行为，科学家们改为使用冷冻电子断层扫描。然而，与其他结构方法相比，这种技术不允许他们观察原子细节。

因此，直到现在，在自然环境中以原子水平观察分子的秘密生命似乎是不可能的。

EMBL Hamburg 的 Kosinski 小组、马克斯普朗克生物物理研究所的贝克实验室和 Mahamid 小组以及 EMBL 海德堡的高级光学显微镜设施已经弥合了这一技术差距。使用分子建模和冷冻电子断层扫描，他们可视化了一种称为核孔复合体(NPC)的巨大分子机器如何在细胞内移动。

NPC是一个位于细胞核膜上的甜甜圈状结构，含有一千种蛋白质。它充当控制哪些蛋白质进入和离开细胞核的检查点，因此在许多基本细胞过程中起着关键作用。许多病毒，例如 HIV 和流感病毒，都会劫持 NPC 进入细胞核。

结合数学模型和断层扫描数据，科学家们能够创建一个视频，展示 NPC 如何在活细胞中扩张和收缩以响应细胞环境的变化。对这种分子行为的深入了解可能有助于未来开发新的抗病毒药物。

如果没有 Assembline，Kosinski Group 专门开发用于应对这一挑战的软件，就不可能在原子水平上观察如此大的复合体的结构变化。Assembline 允许通过组合从各种实验技术获得的数据来进行结构建模。它在一个工具中连接了几个现有程序的功能，这使它成为研究分子复合物的“瑞士军刀”。该软件已被证明可用于研究其他大型复合体，例如与结核病相关的 ESX-5 复合体。它也是开源的，可供科学界免费使用。

这项工作是 EMBL 在跨尺度环境中研究生命的方法的一个例子，这是即将推出的 EMBL 生态系统分子计划的精髓。EMBL 还致力于开放科学，而 Assembline 的发布为 EMBL 的历史做出了贡献，即让科学界可以免费访问科学资源。

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