冷冻电子显微镜（cryo-electron microscopy）
/ CRY-oh; cryo-EM /
要理解一台分子机器在做什么，能看见它的形状会帮上大忙——可蛋白质对任何光学显微镜来说都太小了。几十年来，获得原子分辨率结构的主要途径是X射线晶体学，它要求把蛋白质哄成晶体——而对生物学中许多最有意思的分子来说，这一步根本做不到。冷冻电子显微镜是一种更新的看蛋白质形状的办法，它彻底绕开了晶体。
窍门是这样的。你取一份充满你那种分子的众多拷贝的水样，把它冻得极快，使水变成玻璃般的冰而非晶体，把每个分子以随机朝向冻结住——就像一群昆虫在飞行途中被瞬间冻住。然后一束电子（其波长小到足以分辨原子）一次成像成千上万个这样的分子，每个都来自不同角度。图像噪声很大、分子又随机倾斜，于是强大的计算机对这几万张二维快照进行分类，把同一角度拍到的归在一起，再把所有角度合起来重建出一个三维结构——很像CT扫描仪用许多平面X光片建出一个三维身体。2013年前后探测器和软件的一场革命（“分辨率革命”）把它推进到接近原子级的细节。
冷冻电镜改变了结构生物学，因为它能解出晶体学从来解不了的结构：庞大、柔软、嵌在膜里的机器，比如核糖体、离子通道，以及病毒的刺突蛋白——这项工作赢得了2017年的诺贝尔奖。它诚实的局限依然存在：它过去对小蛋白质很吃力，图像噪声极大以致重建可能引入假象，而且分子是被冻住的，给出的是一张快照而非一段运动的影片。它是现代结构生物学组合拳的一半，另一半是AlphaFold等工具的计算预测。
在新冠病毒基因组公布后的几周内，冷冻电镜就给出了冠状病毒刺突蛋白接近原子级的结构。看清它确切的形状，告诉了疫苗设计者该靶向哪个部位——这是结构实时指导医学的生动例子。
冷冻、从各个角度成像、三维重建——无需晶体。
冷冻电镜给出的是被冻住分子的一张快照，而非其运动的影片，而它噪声极大的图像意味着重建可能含有假象——它是对晶体学和计算预测的补充，而非取代。