透 射 电 子 显 微 镜 （Transmission electron microscopy，TEM），是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料、医学、生命科学等研究领域。
本文将介绍透射电子显微镜在生物学中的应用，为透射电镜的初学者以及科研工作人员全面了解和使用透射电镜提供参考：
1.在微生物学研究中的应用
透射电镜观察研究细菌、支原体等微生物的超微结构形态，可以为研究微生物的结构和生长发育提供科研手段。
浙江大学陈启和教授研究团队探讨了甘露醇脂类化合物(MELS)对革兰氏阳性蜡样芽孢杆菌营养细胞和芽胞的抑菌作用及其机制[1]。
透射电子显微镜显示，处理后的细菌细胞出现了明显的形态和超微结构变化，进一步证实了细胞膜的破坏和细胞环境的失衡。此外，MELS还显示出良好的抑制蜡样芽孢杆菌孢子萌发的能力。这些结果表明，MELS的抗菌作用主要是通过破坏膜起作用的，这表明它将成为食品加工中应用的抗菌剂和防腐剂的替代品。
2.在临床病理诊断中的应用
生物体发生疾病都会导致细胞发生形态和功能上的改变，通过对病变区细胞的透射电镜观察就可以为疾病诊断提供有力依据。
北京大学第一医院电镜室任雅丽副主任医师探讨了透射电镜在胸膜恶性肿瘤病理诊断中的作用[2]：
透射电镜观察显示肺腺癌典型超微病理特征为肿瘤细胞排列呈腺泡状，或者形成细胞间或细胞内的微腺腔（图A），细胞间有连接复合体，部分可见桥粒样结构; 肿瘤细胞腔面可见不规则棒状微绒毛结构，短小而稀疏（图B），胞质内细胞器丰富，可见多少不等的有膜包绕的低电子密度粘液颗粒。恶性间皮瘤超微结构显示肿瘤细胞局灶排列呈实性片状或腺腔样结构（图C），细胞间均可见发育不良的桥粒和紧密连接，细胞表面有丰富的呈蓬发状、丛状排列的细长微绒毛（图D），较长的微绒毛长度与直径之比约为 22∶ 1，胞质内细胞器丰富，可见数量不等的张力丝。
3.在观察细胞器变化中的应用
研究细胞内各种成分在超微结构水平上的分布情况以及这些成分细胞活动过程中的动态变化，以阐明细胞的化学和生化功能。
中国海洋大学王军副教授研究团队将海洋绿藻暴露在不同浓度聚苯乙烯纳米塑料中评估了纳米塑料污染的潜在风险[3]。
透射电子显微镜观察结果表明，对照组微藻细胞壁完整，叶绿体结构紧凑，层次分明(图A，I)。暴露于纳米塑料会使细胞壁变形(黑色箭头)，并引起细胞质空泡(图C、D、K、M；红色箭头)。这些结果表明，纳米塑料可以通过破坏细胞形态和细胞器功能来降低微藻的活力。
4.在免疫学中的应用
电镜技术与生命科学中新兴起的技术相结合，促进了新技术的应用。例如电镜技术与免疫学技术相结合产生了免疫电镜技术。
对于对重症急性胰腺炎(SAP)的分子机制认识不清，目前尚无有效的治疗方法。SAP与内质网应激有关，SAP患者ATF6表达增加。南方医科大学张国伟副教授研究团队研究了ATF6在SAP小鼠模型中的作用，并表征其调控机制[4]。
免疫电子显微镜(IEM)分析显示，大量ATF6主要定位于PRSS1Tg小鼠胰腺组织的内质网和细胞核，而在未经处理的PRSS1Tg小鼠的胰腺组织中很少观察到ATF6。说明重症急性胰腺炎患者ATF6表达升高内质网和线粒体结构损伤相关。
参考文献
1.Shu Q, Niu Y, Zhao W, et al. Antibacterial activity and mannosylerythritol lipids against vegetative cells and spores of Bacillus cereus. Food Control, 2019, 106: 106711.
2.张旭, 程明, 徐进, 等. 透射电镜在胸膜恶性肿瘤诊断中的作用[J]. 中国体视学与图像分析, 2015 (1): 74-80.
3.Wang S, Liu M, Wang J, et al. Polystyrene nanoplastics cause growth inhibition, morphological damage and physiological disturbance in the marine microalga Platymonas helgolandica. Marine Pollution Bulletin, 2020, 158: 111403.
4.Tan J H, Cao R C, Zhou L, et al. ATF6 aggravates acinar cell apoptosis and injury by regulating p53/AIFM2 transcription in Severe Acute Pancreatitis. Theranostics, 2020, 10(18): 8298.
