把“蛋白”做精 创国际一流



7月18日,在“上海科普大讲坛”上,结构生物学家雷鸣研究员作了题为《了解人类健康与疾病的金钥匙——蛋白质科学》的科普讲座,全场座无虚席,掌声阵阵。

雷鸣,美国哈佛大学生物物理学博士,现任国家蛋白质科学中心上海(筹)主任,中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所副所长,研究员,博士生导师,中组部“千人计划”特聘专家。

记者随雷鸣来到他所在的国家蛋白质科学中心,作为我国生命科学领域中第一个综合性的国家级重大科技基础设施,中心即将通过国家验收。

建设国际一流平台

雷鸣向记者介绍说,蛋白质中心拥有世界一流的规模化、系统化研究技术装备,是具备蛋白质制备能力、多尺度结构分析能力、多层次动态研究能力、整体与定量分析能力和数据库与计算分析能力的国际一流蛋白质科学研究平台。

2011年6月22日,雷鸣记忆犹新,这一天,当时还是美国密歇根大学医学院教授的雷鸣和老同学、美国哈佛大学医学院教授周界文博士通完电话后,当即签下回国协议,决定参与上海设施的建设。

卖了在美国的房子,结束了实验室的工作,雷鸣带着妻子和两个年幼的孩子到上海赴任,全身心投入到这个令他引以为傲的巨大工程中,开始将项目从方案变成现实的艰难征程。

“在上海设施建成之前,我国有物理、工程、材料等领域的综合性基础设施,唯独没有生命科学领域的,而生命科学是目前国际上发展最迅速、最热门的学科之一。”雷鸣说。

早在十多年前,蛋白质科学研究就开始了生命科学领域的一场世界性角逐。那时,我国在蛋白质科学研究领域虽然已取得一批达到国际一流水平的研究成果,但整体上仍落后于国际先进水平。基础设施建设滞后,是制约其发展创新的关键因素。一批著名科学家纷纷建言,我国应加快建设综合性的国家级蛋白质科学研究设施。

蛋白质是生物体最重要的组成成分和生命活动的物质基础,是最主要的生命活动载体和功能执行者。全球迄今尚未有一家综合性的世界一流蛋白质研究平台,这为上海率先建成世界级蛋白质科学中心提供了机遇。为此我国在2008年11月将“蛋白质科学研究设施国家重大科技基础设施项目”列入国家高技术产业发展项目计划。2010年12月,蛋白质科学研究(上海)设施动工建设,总投资7.56亿元,项目总建筑面积3.3万平方米,由中科院上海生命科学研究院承担建设任务,委托生化与细胞所实施管理,并依托上海设施,同步筹建国家蛋白质科学中心(上海)。

从“手工作坊”到“智能工厂”

上海设施地处上海光源所在的浦东张江高科技园区,并且依托上海光源建设了用于生命科学相关研究的五条光束线以及六个实验站。

为了将上海设施建设得更好,雷鸣和他的团队殚精竭虑日夜苦干,劲往一处使。按照原先的设计方案,蛋白质的生产和结构分析是“手工作坊”式的,虽然能够完成技术指标,国际上也都是这么做的,但雷鸣和他的团队不甘心先进的上海设施有一个角落不那么“先进”,他们想大胆尝试搞成自动化系统。

“我太为自己的团队骄傲了,都不是搞自动化的,却自行设计了5套大型自动化装置,其中包括一套‘高通量自动化克隆构建系统’,四套配备先进的规模化蛋白质制备系统,软件控制、硬件设备和科研应用相结合,实现了整个大规模克隆构建和蛋白表达过程的自动化。”雷鸣说,“手工作坊”一跃成为“智能工厂”。

在高通量克隆构建实验室,技术员牟波告诉《中国科学报》记者,传统人工正常做实验,手工操作一天每人最多完成十几个基因克隆,利用这套克隆构建系统,一天可完成960个基因克隆,若进一步升级硬件后,可提高到3840个,极大地提高了生物实验效率,降低了出错率。

“高精度激光双光镊系统”是蛋白质中心独家研制的一套系统。设备的所有零部件都购自现成,组装后却有了超强功能。光镊实验室技术主管任煜轩告诉记者,依靠这套系统,激光是“镊子”,能研究蛋白质如何折叠、变形。

国内目前在用最高场强的核磁共振设备,主要用来测试蛋白质的溶液结构,类似于给蛋白质做CT。周界文带着研究人员开展了核磁共振新技术的开发和新方法学的研究。目前新方法的主体研究已完成,正进入软件测试阶段,对推广核磁共振技术在结构生物学领域的广泛应用有重要意义,特别是对依托高场核磁共振设施进行大蛋白质的结构测定过程将更加可行。




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