张凯铭教授团队借助冷冻电镜(cryo-EM)技术，解析了不同状态下四膜虫一型内含子核酶的多个高分辨三维结构，揭示了其动态变化过程。其中包括内部引导序列（IGS）的大尺度运动以及活性位点金属离子的细微重排，从而为自剪接机制提供了全面的见解。

经过多年的探索，张教授及其团队首先解析了四膜虫一型核酶apo和底物结合状态下的结构，之后对剪切位点进行改造，通过减缓剪切底物速率的方法，最终获得了多个包含apo、底物结合、剪切前、剪切后、底物释放等多个核酶的中间态构象，从而对核酶的自剪切机制进行了详细的阐释。

同时，研究团队通过采用结合可分辨性和化学参数的分割引导的水和离子建模（SWIM）方法，自动对核酶的核心中的水分子和镁离子（Mg2+）进行了建模和交叉验证，从而发现了 RNA 周围的复杂水网络。并首次系统揭示了 RNA 内部水网络的复杂性与动态性，为理解 RNA 折叠、催化及溶剂效应提供了原子级视角。表明了水分子不仅仅是RNA折叠的溶剂，同时在 RNA 的结构稳定性、催化活性和功能调控中发挥重要作用。

此外，张教授还分享了其团队在四膜虫一型核酶处于错误折叠时的相关研究进展，并获得了该状态下核酶的高分辨结构。研究人员将处于折叠过程中的核酶置于室温处理使其错误折叠，通过冷冻电镜解析出了多个错误折叠的核酶结构。研究发现处于错误折叠状态下的一型核酶与天然状态相比，其活性中心处于复杂的缠绕状而非平行状，阻止了底物的进入，同时错误折叠的核酶因关键碱基的远离导致活性中心不稳定，从而无法发挥5’端剪切功能。

讲座尾声，师生们围绕使用SWIM方法如何处理不同溶剂环境和条件下动态水分子的偏差提出问题。张教授指出，SWIM方法只能作为第一步的参考，后续仍需要大量工作对水分子密度和金属离子密度进行更精细的确认。本次讲座不仅展现了冷冻电镜在解析RNA结构中的技术优势，更加深了听众对于核酶的自剪切机制、RNA周围复杂水网络重要性的理解。