1968年,英国剑桥大学MRC实验室的Klug博士和他的学生DeRosier开创了基于负染的噬菌体病毒的电镜三维重构技术(Klug 博士获1982年诺贝尔化学奖)。但如何保持生物样品原子分辨率结构又适合电镜成像呢?加州大学伯克利分校的Robert Glaeser博士和他学生Ken Taylor 于1974年首次提出并测试了冷冻含水生物样品的电镜成像,可以有效降低辐照损伤对高分辨率结构破坏和维持高真空,实现高分辨率成像的新思路,这就是冷冻电镜(CryoEM)的雏形。
上世纪90年代,Henderson博士转向了刚兴起的另一项CryoEM三维重构技术,即Joachim Frank 博士发展的单颗粒分析重构技术,无需结晶就可以对一系列蛋白或复合体颗粒直接成像,对位平均分类,然后三维重构。Henderson 博士凭借他深厚的物理学及电子显微学功底,以及非凡的洞察力,提出实现原子分辨率CryoEM技术的可行性,在理论上做了一系列超前的预见,比如电子束引起的样品漂移必须解决才能实现原子分辨率,为后期直接电子相机的突破指明了方向,他本人也投身于直接电子相机的开发。
Frank 师从德国著名的电子显微学家Hoppe博士,Hoppe学派主张对任意形状样品直接三维重构,后来的电子断层三维重构及cryoEM三维重构技术都与他的早期思想有关。Frank博士提出基于各个分散的全同颗粒(蛋白)的二维投影照片,经过分类对位平均,然后三维重构获得蛋白的三维结构,发展了一系列算法并编写软件(SPIDER)实现无需结晶的蛋白质三维结构解析技术。尤其在核糖体三维重构方面有一系列的重要开创性工作,可惜当年核糖体结构诺贝尔奖没有给他。现在给他在cryoEM单颗粒三维重构的一个诺贝尔奖,实至名归。