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約阿希姆·法蘭克 Joachim Frank
圖片來源：2017年諾貝爾獎 約阿希姆·法蘭克
出生	(1940-09-12) 1940年9月12日 德國錫根
國籍	德國 美國
公民權	德國 美國
母校	弗賴堡大學（BS） 慕尼黑大學（MS） 慕尼黑工業大學（PhD）
機構	哥倫比亞大學醫學院
知名於	低溫電子顯微鏡
研究領域	結構生物學 蛋白質生物合成
獎項	富蘭克林生命科學獎章（2014） 威利生物醫學獎（2017） 諾貝爾化學獎（2017）

約阿希姆·法蘭克（德語：Joachim Frank，1940年9月12日－），德美雙籍生物學家。現於哥倫比亞大學任教。他被公認為「低溫電子顯微鏡」之父。

圖片來自 2017年諾貝爾化學獎簡介

主要研究貢獻

源起：影像是獲取知識的重要關鍵

• 在20世紀前半世紀，生物分子 – 蛋白質、DNA，以及 RNA – 仍是生物化學中一塊未知的新大陸，科學家對它們的外觀毫無概念。直到1950年代，劍橋大學的科學家們把蛋白質結晶放到X射線底下，才能夠第一次看出其波浪和螺旋形的結構。

• 1980年代早期，X射線晶體學與核磁共振譜法(NMR spectroscopy)分別用來研究固體和溶液中的蛋白質。這兩種技術不只揭示了蛋白質的結構，也暴露了它們如何移動以及與其它分子相互作用。

• 然而，這兩種方法都有其根本上的限制。溶液的核磁共振譜法只適用於比較小的蛋白質，X射線晶體學則需要分子形成結構整齊的晶體，像是水結成冰一樣，而這些晶體影像就像早期相機取得的黑白肖像 – 它們僵硬的姿態幾乎無法顯示出蛋白質的動力學。

法蘭克的影像分析法

• 法蘭克的策略是將電子顯微鏡所得方位紊亂之蛋白質的微弱影像，利用電腦將之與背景區別開來。他開發了一種數學方法，使電腦能夠辨識出影像中不同的重複圖形。藉由這個方法，他得到了一些同種蛋白質但從不同角度照出來的高解析度二維影像。該軟體的演算法於1981年完成。

• 下一步，是在數學上確定不同的二維影像如何彼此相關，並且基於這些訊息建立出三維影像（如圖）。法蘭克在1980年代中期，用此方法產生出核醣體表面的模型，那是細胞內製造蛋白質的巨大分子機械。

• 法蘭克的影像處理方法，促進了低溫電子顯微鏡技術（簡稱cryo-EM）的重要發展。

獲得諾貝爾化學獎原因

將生命捕捉在原子的細節中

• 沙門氏桿菌(salmonella)攻擊細胞所用的注射針；具有抵抗化學治療及抗生素的蛋白質；控制晝夜節律的蛋白質錯合物；光合作用中捕捉光線的反應錯合物，以及一個能讓我們聽見的壓力感測器，這些都是現在用低溫電子顯微鏡技術顯像的數百個生物分子中的幾個例子。

• 當研究人員開始懷疑茲卡(Zika)病毒是造成巴西新生兒腦部損傷的流行病元兇時，cryo-EM可以用來觀察這個病毒，在幾個月內就得到具有原子解析度的病毒三維影像，使得研究者能開始尋找其結構中潛在的藥物標靶。

• 雅克·杜巴謝（Jacques Dubochet）、約阿希姆·法蘭克（Joachim Frank）、與 理察·韓德森（Richard Henderson）獲得了2017年諾貝爾化學獎，以表彰他們發展了 低溫電子顯微鏡技術（cryo-EM），以很高的解析度呈現了溶液中生物分子的結構。

物理學家獲2017年諾貝爾化學獎

• 約阿希姆·法蘭克（Joachim Frank）：德裔生物物理學家。
• 理察·韓德森（Richard Henderson）：蘇格蘭分子生物學家和生物物理學家。
• 雅克·杜巴謝（Jacques Dubochet）：瑞士生物物理學家。

視頻

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