โลกของชีววิทยาโครงสร้างได้ผ่านการปฏิวัติอย่างเงียบ ๆ ใน ทศวรรษที่ผ่านมา ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไครโอ (cryo-EM) ที่เกิดขึ้นเป็น เทคนิคโรงไฟฟ้าสําหรับการแสดงภาพโมเลกุลชีวภาพที่ใกล้อะตอม มติ การก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของ แหล่งข้อมูลระดับโลกที่น่าทึ่ง – Protein Data Bank (PDB) – ซึ่งมี วิวัฒนาการเป็นแผนที่ที่มีชีวิตของโครงสร้างโปรตีนสามมิติ มีให้ฟรีสําหรับนักวิจัยทั่วโลก จุดตัดของสิ่งเหล่านี้ ปรากฏการณ์สองประการกําลังปรับเปลี่ยนวิธีที่เราเข้าใจโมเลกุลของชีวิต เครื่องจักร

หัวใจสําคัญของการเปลี่ยนแปลงนี้คือการปรับปรุงที่น่าทึ่งใน ความสามารถของ cryo-EM เมื่อเทคนิคนี้ทําให้เกิดความพร่ามัว ภาพความละเอียดต่ําเหมาะสําหรับคอมเพล็กซ์ขนาดใหญ่ที่ทันสมัยเท่านั้น เครื่องตรวจจับและการประมวลผลเชิงคํานวณส่งมอบเป็นประจํา โครงสร้างต่ํากว่าความละเอียด 3Å ความแม่นยํานี้แข่งขันกับแบบดั้งเดิม ผลึกเอ็กซ์เรย์ในขณะที่หลีกเลี่ยงข้อจํากัดที่ยิ่งใหญ่ที่สุด จําเป็นต้องเติบโตผลึกโปรตีน ทันใดนั้นโปรตีนเมมเบรนขนาดใหญ่ คอมเพล็กซ์และโมเลกุลที่ยืดหยุ่นซึ่งต้านทานการตกผลึกสําหรับ ทศวรรษกําลังเปิดเผยความลับของพวกเขาผ่านเลนส์ของ cryo-EM

ชุมชนชีววิทยาโครงสร้างทั่วโลกได้ตอบสนองต่อสิ่งนี้ การระเบิดความสามารถด้วยจิตวิญญาณของความร่วมมือที่ไม่เคยมีมาก่อน โครงสร้าง cryo-EM ทุกตัวที่สะสมใน PDB จะกลายเป็นทันที เข้าถึงได้สําหรับนักวิจัยที่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต วัฏจักรคุณธรรมที่โครงสร้างใหม่แต่ละแห่งเร่งอนาคต การค้นพบ ปรัชญาการเข้าถึงแบบเปิดนี้ตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับ ยุคก่อนหน้าของชีววิทยาโครงสร้างการแข่งขันที่กลุ่มวิจัย อาจปกป้องโครงสร้างที่ได้มาอย่างยากลําบากเป็นเวลาหลายเดือนก่อนตีพิมพ์

สิ่งที่ทําให้ระบบปัจจุบันโดดเด่นคือขนาดและความฉับไว ปัจจุบัน PDB มีโครงสร้างชีวโมเลกุลมากกว่า 200,000 โครงสร้าง ด้วย cryo-EM รายการเติบโตอย่างทวีคูณ – จากเพียงไม่กี่รายการต่อปีใน ต้นทศวรรษ 2010 ถึงหลายพันในแต่ละปีในปัจจุบัน สิ่งเหล่านี้ไม่คงที่ สแนปชอตอย่างใดอย่างหนึ่ง หลายรายการมีสถานะโครงสร้างหลายรายการ นําเสนอภาพรวมของพลวัตของโปรตีน สําหรับเภสัชกรรม นักวิจัย ซึ่งหมายความว่าสามารถดาวน์โหลดโครงสร้างของ a โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคและเริ่มการออกแบบยาภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจาก สะสม

ผลกระทบต่อสุขภาพโลกนั้นลึกซึ้ง เมื่อภาษาจีน นักวิจัยกําหนดโครงสร้าง cryo-EM ตัวแรกของ SARS-CoV-2 โปรตีนหนามในช่วงต้นปี 2020 ข้อมูลมีอยู่ทั่วโลกภายใน วัน การแบ่งปันอย่างรวดเร็วนี้ทําให้การพัฒนาวัคซีนเริ่มต้นขึ้นก่อน หลายประเทศได้รายงานผู้ป่วย COVID-19 รายแรก ทันเวลา ข้อมูลเชิงลึกเชิงโครงสร้างคงเป็นไปไม่ได้ในช่วงก่อนหน้านี้ โรคระบาดเมื่อชีววิทยาโครงสร้างเคลื่อนตัวไปอย่างรวดเร็วและการแบ่งปัน เกิดขึ้นผ่านสิ่งพิมพ์อย่างเป็นทางการเท่านั้น

เบื้องหลังระบบนิเวศที่ซับซ้อนรักษาไว้ทั่วโลก ทรัพยากร ศูนย์ข้อมูลระดับภูมิภาคในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และเอเชีย ทํางานร่วมกันเพื่อดูแลและตรวจสอบความถูกต้องของทุกการส่ง เพื่อให้มั่นใจว่า มาตรฐานคุณภาพที่สอดคล้องกัน เครื่องมือสร้างภาพที่ซับซ้อนเช่น Mol* และ NGL Viewer ช่วยให้นักวิจัยสามารถโต้ตอบกับโครงสร้างได้ โดยตรงในเว็บเบราว์เซอร์ ไม่จําเป็นต้องใช้ความเชี่ยวชาญเฉพาะทาง ซอฟต์แวร์ บางทีสิ่งที่สําคัญที่สุดคือนโยบายการฝากขังต้องการ นักวิจัยเพื่อเปิดเผยข้อมูลของตนต่อสาธารณะ – ไม่มีเพย์วอลล์ ไม่มีการคว่ําบาตร แค่วิทยาศาสตร์ที่เคลื่อนไหวด้วยความเร็วดิจิทัล

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายยังคงมีอยู่ในประชาธิปไตยเชิงโครงสร้างที่ขับเคลื่อนด้วย cryo-EM นี้ เทคนิคนี้ยังคงมีราคาแพง โดยกล้องจุลทรรศน์ระดับบนสุดมีราคาสูง กว่า 7 ล้านดอลลาร์ บวกกับความต้องการโครงสร้างพื้นฐานจํานวนมาก สิ่งนี้สร้าง ความเหลื่อมล้ําที่สถาบันที่ร่ํารวยผลิตโครงสร้างส่วนใหญ่ในขณะที่ ประเทศกําลังพัฒนาพยายามดิ้นรนเพื่อมีส่วนร่วม นักวิจัยบางคนกังวล เกี่ยวกับการควบคุมคุณภาพเมื่อโครงสร้าง cryo-EM ท่วมท้นขึ้น โดยสังเกตว่า ว่าการให้ปากคําทั้งหมดไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างเท่าเทียมกัน และความสะดวกมากของ การเข้าถึงทําให้เกิดคําถามเกี่ยวกับวิธีการให้เครดิตนักวิทยาศาสตร์อย่างถูกต้อง ผู้ที่อุทิศเวลาหลายปีในการแก้ปัญหาโครงสร้างที่ท้าทายเป็นพิเศษ

เมื่อมองไปข้างหน้า การปฏิวัติ cryo-EM ไม่มีสัญญาณว่าจะชะลอตัวลง เครื่องตรวจจับรุ่นต่อไปให้ความละเอียดที่สูงขึ้น เผยให้เห็นอะตอมของไฮโดรเจนและช่วยให้สามารถออกแบบยาระดับอะตอมได้อย่างแท้จริง ปัญญาประดิษฐ์เริ่มทํานายโครงสร้างโปรตีน จากข้อมูลลําดับเพียงอย่างเดียว แม้ว่าการตรวจสอบการทดลองผ่าน cryo-EM ยังคงมีความสําคัญ เมื่อเทคโนโลยีเหล่านี้เติบโตเต็มที่ ห้องสมุดโครงสร้างโปรตีนมีแนวโน้มที่จะขยายออกไปนอกเหนือจากสแนปช็อตคงที่ เพื่อรวมภาพยนตร์โมเลกุลแบบไดนามิกที่แสดงการทํางานของโปรตีน

การวัดที่แท้จริงของการเปลี่ยนแปลงทางวิทยาศาสตร์นี้อาจอยู่ที่ ล่องหน นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในปัจจุบันดาวน์โหลดโครงสร้างโปรตีนเป็น อย่างไม่เป็นทางการเหมือนบรรพบุรุษของพวกเขาเคยค้นหาค่านิยมในตําราเรียน แทบจะไม่ตระหนักถึงทศวรรษของการพัฒนาเทคโนโลยีและ การเปลี่ยนแปลงทางวัฒนธรรมที่ทําให้สามารถเข้าถึงได้ทันที ในความเงียบสงบนี้ วิธีที่ห้องสมุดโครงสร้างโปรตีนทั่วโลกได้กลายเป็นห้องสมุดทางชีววิทยามากที่สุด กล้องจุลทรรศน์ประชาธิปไตย – กล้องจุลทรรศน์ที่ทุกคนทุกที่สามารถมองผ่านได้ ดูองค์ประกอบของชีวิต