洪毓茹
大家好，我是水利組博班學生，去年拿到科技部千里馬計畫補助，目前在瑞士洛桑聯邦理工大學當訪問博士生。我在這邊認識很多不同領域的朋友，大家都在自己的研究領域發光發熱，我很喜歡參觀大家的研究室，認識不同的研究。今天要來分享一個關於在生物領域友人的研究。
她的研究是想了解茲卡病毒（Zika）導致小腦症（Microcephaly）細胞的變化過程。2015~2016在南美洲突然出現大量小腦症病例，而同時在當地茲卡病毒大爆發，這個關係讓大家懷疑茲卡病毒是否變種了，進而開始重新重視茲卡病毒的研究。小腦症相信大家或多或少有聽過，孕婦如果感染茲卡病毒，生出來的小孩有機會罹患小腦症。小腦症顧名思義就是嬰兒出生頭很小、發育不完全，這是一種神經系統缺陷，有的時候可能會造成死胎。話說茲卡病毒目前並沒有疫苗，也沒有方法可以治療，所以不建議有生育計劃的人前往茲卡病毒盛行的國家旅遊。
不過這篇文章不是要太深入談這個研究，是要介紹友人的研究機構（Electron Microscopy Facility University of Lausanne，簡稱 EMF @ UNIL）的設備；冷凍電子顯微鏡（cryo-electron microscopy，Cryo-EM）。這個跟大家一般認識使用電子來展示物件的內部或表面的電子顯微鏡 (electron microscope) 差在冷凍這兩個字而已。這項技術在2017年讓瑞士洛桑大學的Jacques Dubochet教授、美國哥倫比亞大學的Joachim Frank教授、英國劍橋MRC分子生物學實驗室Richard Henderson教授得到化學諾貝爾獎，也讓友人的研究機構資金在2017年之後源源不絕的灌入，瑞士甚至還拍了紀錄片Citoyen Nobel。
圖 1我參觀的生物大樓黃昏照
什麼是冷凍顯微鏡和為什麼會獲獎
圖 2諾貝爾獎得主Jacques Dubochet教授曾在實驗室研究過的足跡
在過去，想要解析蛋白質在原子等級的結構，主要方法是藉由X光晶體繞射（X-ray crystallography），X光繞射要求樣品必須要先結晶，所以要是樣本結晶困難，那就很難解讀。而X光的方法是藉由X射線照射晶體，X光束碰到晶體中的原子會造成繞射，這可以讓我們知道結構中原子位置的部分資訊，累積大量資訊後，藉由數學運算確定三維結構。
所以如果要看病毒的結構，就要先讓病毒結晶，這需要先純化（purify）大量的病毒顆粒，然後找到產生晶體的適當條件，如果能幸運地在一年內培育出病毒晶體，就可以用X光下去照各個角度，然後要期望運氣很好、繞射出來的資訊可以用，這聽起來不確性超高，博士可能要念超久的。如果研究室要看細胞分子，先不說輻射可能會破壞細胞，細胞本身充斥著水分，要能製造晶體而不破壞細胞結構超難。而且電子顯微鏡的樣品還必須放在真空環境，電子束才不會被空氣分子偏折，分析的樣品通常都必須加以乾燥或染色（negative staining），像是細胞裡的水分和脂質在脫水和染色之後幾乎無法好好被保存下來，因此常常無法真實反應分子在生物條件下的真實樣貌。
講這麼多，反正就是這些化學諾貝爾得獎者的研究發現，如果使用液態氮快速冷凍樣品周圍水分子，此時樣品中的水分子來不及形成冰晶，就這樣被凍在原處形成玻璃質，這個方法下，生物分子即使在真空中也能維持原本天然的形態，而且無結晶玻璃化狀態下的水在電子顯微鏡下看起來幾乎透明，不會形成干擾，因此便能以電子顯微鏡觀察生物分子原本的樣貌。這技術讓現在的科學家能夠探索細胞裡的各個角落，讓影像從一坨團快變成高清無碼，讓生物化學在這幾十年突飛猛進，邁入了下一個新紀元。
如果對這個類研究有興趣，歡迎參考研究機構EMF網站 https://wp.unil.ch/emf/，聽說裡面相關資源不少!
題外話說一下，一般冷凍細胞株像是處理臍帶的保存，最近很紅的凍卵，如果升溫得當，會活過來!!! 我一直以為電影都騙人的，沒想到其來有自啊!