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结构生物学在优化抗结核药物中的应用
IPBCS 2016-4-5 10:57
结构生物学在优化抗结核药物中的应用 作者：于霞 美国爱荷华大学的研究人员首次解析了结核分枝杆菌，解旋酶裂解核心，DNA和5种不同的喹诺酮类抗生素的复合物结构（见上图），通过结构生物学的比较为喹诺酮类新药的研发提供依据。该论文发表在《美国科学院院报》上，这项研究利用结构生物学在原子水平对已有抗结核药物进行优化，以期研发出避开已有耐药机制的新一代抗结核药物。 喹诺酮类抗生素作用于结核分枝杆菌DNA解旋酶，是WHO推荐的治疗耐多药的基本药物之一。然而，喹诺酮类药物作为广谱抗菌药被广泛应用于临床治疗，其耐药也不断增加，亟需新的策略来应对现有的喹诺酮耐药现状。 该研究通过分别解析野生型和突变型结核分枝杆菌DNA解旋酶，五种喹诺酮类抗生素和DNA复合物结构，证实了解旋酶的某些氨基酸（如解旋酶A中A90，D94位点）在喹诺酮与解旋酶作用中的重要性。通过结构生物学的比较，发现喹诺酮类药物的特定位置对于药物-解旋酶的相互作用特别重要，改变这些关键位置将极大的提高药物的活性。依据药物与解旋酶作用的关键位点，对莫西沙星的C8位置进行修改，合成8-甲基莫西沙星，并证实该化合物裂解DNA的活性优于临床上应用的喹诺酮类药物。 参考文献： 1. Blower TR , Williamson BH , Kerns RJ , Berger JM .Crystal structure and stability of gyrase–fluoroquinolone cleaved complexesfrom Mycobacterium tuberculosis. Proc NatlAcad Sci U S A. 2016;113(7):1706-13. doi: 10.1073/pnas.1525047113.
个人分类: 技术交流|3118 次阅读|0 个评论
瑞士光源（SLS）蛋白质晶体线站负责人Wang Meitian教授来访
热度 1 IPBCS 2016-2-12 16:08
瑞士光源（ SLS）蛋白质晶体线站负责人WangMeitian教授来访—展示Native-SAD phasing技术 作者：崔胜 寒假将至，崔胜课题组有幸邀请来自瑞士保罗谢尔研究所-瑞士光源（PaulScherrer Institute – Swiss Light Source）的蛋白质晶体学X射线衍射实验线站的负责人Wang Meitian教授进行学术交流活动。Meitian为我们详细讲述了X射线晶体学新方法Native-SAD的原理和应用，让我们受益匪浅。 众所周知，“相”问题（phase problem）是困扰X射线晶体学研究核心问题。X射线晶体衍射技术解析生物分子结构的原理基于X射线“波”的本质。利用傅里叶转换（fourier transformation）可以将生物大分子晶体衍射产生的“倒空间（reciprocal space ）”转换成“实空间（real space）”的电子云密度图，从而实现蛋白质原子的建立。然而，现有的X射线探测器技术可以测量X射线光强度却不能获得相的信息，因此致傅里叶转换计算无法进行。人们发明了各种方法获取相的信息。目前，比较常用的方法包括了基于重原子的异常散射的SAD/MAD-phasing和基于同源结构的分子置换（molecular replacement）。进行SAD/MAD-phasing需要制备含有重原子的蛋白质晶体衍生物。这个过程往往需要耗费巨大的工作量和不可预计的时间。基于同源结构的分子置换需要找到与被解析结构高度相似的分子模型，然而这种方法对于全新结构、全新构象的解析是无能为力的。 利用蛋白质中天然存在原子的异常散射获得相的信息显然是解决相问题的理想方法（Native-SAD）。生物大分子中广泛存在硫，磷等元素，分别来自蛋白质中的半胱氨酸，甲硫氨酸和核酸中构成骨架的磷酸基团。这些原子等均可提供异常散射信号。利用较低能量同步辐射光源（1.7-2.0 Å ）能够测量硫或磷元素异常散射信号。由于这一波长范围并不是硫或磷的吸收峰值，这些原子能提供的的异常散射信号非常微弱（ Z20）。正是基于这种原因，截止到2014年以前，PDB数据库中仅有91个通过Native-SAD完成的晶体结构，而基于其他重元素SAD-phasing解析的结构已达到了7163个。 2014年以来，Native-SAD技术发生了革命性的改进。许多的晶体结构通过Native-SAD获得解析，许多长期困扰研究者难以解析的晶体结构却意想不到的通过Native-SAD迎刃而解。Native-SAD成功应用归功于一系列技术的瓶颈的突破。首先，同步辐射实验线站针对Native-SAD数据收集的特点和需求进行了特殊仪器设备的研发。例如，普通同步辐射线站配备单轴角度仪（Goniometer）。在衍射实验中晶体仅能在围绕phi轴旋转。多轴旋转的晶体数据收集策略有利于测量衍射盲点并提高数据的完整度，因此对于收集弱异常散射数据非常有利。但多轴角度仪通常在小型实验室光源中使用（kappa goniometer），却很少出现在同步辐射线站。经过多年的努力，Meitian教授在SLS的X06DA线站成功研发并安装了高精度多轴角度仪，命名为“PRIGo”。PRIGo能够精确定位晶体，在不同chi角连续收集衍射数据，获得高冗余度数据。Meitian教授通过大量的X射线衍射实验发现多轴数据收集与单轴数据收集相比有显著降低系统误差的优势，为Native-SAD phasing提供了极大的便利条件。使用X06DA的PRIGo多轴衍射数据收集装置进行Native-SAD phasing，Meitian教授在1年多的时间里完成11个晶体结构的解析，其中既包括了分子量最大为260kDa多聚蛋白复合物晶体结构，又包括了衍射分辨率为3.0 Å 的低分辨率晶体结构。其次， X射线探测器（Xray detector）技术为弱异常散射数据收集提供了第二个有利条件。在SLS研发的PILATUS（Dectris）探测器属于新一代像素阵列探测器。与传统的CCD探测器比较，像素阵列探测器具有零读出、零暗电流噪音，快速读出时间和高动态范围等物理特性优势。这些优势使fine phi-slicing的衍射数据收集策略成为可能。实验证明，这种数据收集方式不但可以提高衍射数据的质量，而且可以优化弱异常散射的信号强度。 近年来Native-SAD技术不断成熟并得到广泛应用。这是晶体制备方法优化，实验线站设备升级和数据收集方法改进等因素共同作用的结果。与上世纪80年代第一个Native-SAD成功案例相比，现在进行Native-SAD phasing的“门槛”已经大大降低。Meitian教授给大家提出了一般原则，即如果蛋白质中每50氨基酸中含有1个半胱氨酸或甲硫氨酸，蛋白质晶体衍射分辨率最低在3 Å 左右都可以尝试 Native-SAD phasing。如果用这个“门槛”来衡量保存在PDB数据库中所有的晶体结构，至少90%的晶体适合Native-SAD phasing。 换一句话来讲：按照以往的经验，人们在获得蛋白晶体的时候会首先尝试重原子衍生晶体的制备以获得相问题的解决。而现在，Native-SAD技术使人们可以直接选择天然晶体定相，便可迅速获得晶体结构的解析。
个人分类: 学术活动|6448 次阅读|2 个评论
冠状病毒Spike蛋白简介 - 钱朝晖
IPBCS 2015-6-13 10:23
冠状病毒 Spike蛋白简介 - 钱朝晖 冠状病毒的 S蛋白（spike）组合成一个三聚体，约含有1300个氨基酸，属于第一类膜融合蛋白（Class I viral fusion protein），同类的病毒膜融合蛋白还包括HIV的Env蛋白，流感的HA蛋白，以及埃博拉病毒的Gp蛋白等。 S蛋白决定了病毒的宿主范围和特异性，也是宿主中和抗体的重要作用位点。同时也是疫苗设计的关键靶点。 与其它第一类病毒膜融合蛋白类似， S蛋白含有两个亚基（subunit）， S1和S2。S1主要包含有受体结合区（receptorbinding domain， RBD），负责识别细胞的受体。S2含有膜融合过程所需的基本元件，包括一个内在的膜融合肽（fusion peptide）， 两个7肽重复序列（heptad repeat， HR），一个富含芳香族氨基酸的膜临近区域（membrane proximal external region， MPER），以及跨膜区（transmembrane，TM）。S1蛋白可进一步分成两个区域（domain）， 即N-端区域 （N-terminal domain, NTD）和C-端区域（C-terminal domain， CTD），其中NTD的构象与galectin蛋白非常相似。大部分的冠状病毒S蛋白的RBD都位于CTD，例如SARS病毒和中东呼吸道综合症病毒（MiddleEast respiratory syndrome， MERS）等等。只有少部分 b 冠状病毒的 RBD则位于NTD，例如小鼠肝炎病毒（mouse hepatitisvirus, MHV）。另外，牛冠状病毒（bovine coronavirus, BCoV）和人冠状病毒OC43的NTD能结合特异的糖分子（唾液酸等），它们也参与了冠状病毒的入侵过程。同一家族病毒包膜蛋白需要两个不同的区域识别宿主受体，并有效的介导病毒与细胞的膜融合过程。这是冠状病毒S蛋白跟其它一类病毒膜融合蛋白的一个重要区别之一。 目前，已经发现的冠状病毒受体主要包括以下几种：氨基肽酶N（animopeptidaseN， APN），血管紧张素转换酶2（angiotensin converting enzyme II， ACE2），二肽基肽酶4（dipeptidylpeptidase 4, DPP4），以及CEACAM1（carcinoembryonicantigen-related cell adhesion molecule）。其中，具有种属特异性的APN蛋白是人冠状病毒229E，猫冠状病毒（FCoV），和猪冠状病毒TGEV的受体。人类ACE2是SARS病毒和NL63的受体。人类DPP4是MERS病毒的受体。小鼠CEACAM1是、蛋白的α亚型是MHV的受体。许多冠状病毒RBD与宿主受体结合的复合物晶体结构已经获得解析，主要包括：SARS-RBD-ACE2复合物, NL63-RBD-ACE2复合物，MERS-RBD-DPP4复合物，HKU4-RBD-DPP4复合物，和MHV-RBD-mCEACAM1α复合物晶体结构。 关于冠状病毒S蛋白介导的膜融合过程的研究取得较大的进展，然而有许多科学问题尚待解决。例如：冠状病毒的S蛋白缺乏完整的三聚体结构信息；大多数冠状病毒的受体未知；S蛋白介导的细胞入侵途径不明；S介导的膜融合机制步骤尚不清晰等等。
个人分类: 病毒入侵机制|19695 次阅读|1 个评论
结晶--艺术？
热度 58 nyouyou 2014-5-20 00:48
我刚回清华不久，我的同事刘国松教授曾经跟我说过做科学家的三个境界，他的评论对我至今影响颇深： 1.职业：这是最下乘的，不过把科研当成了谋生手段 2.兴趣：当时我以为这已经是科学家的境界了，追求自己的兴趣，多么超凡脱俗！ 3.永生 （immortal）：当国松说到这一点的时候，我有点被震撼，脑子里立即反映出来的是李白杜甫。在我眼里，他们形已灭，神却随着人类历史而永生。 从事基础科研的科学家何尝不是有这么点虚荣心呢？神龟虽寿，犹有竟时；你的发现留在历史上，作为你的一个标志一直传下去，确实是某种意义上的永生。 于是，我便很小家子气地开始追求自己的工作进教科书，因为学术论文毕竟只有极少数人可以理解；而经典的教科书却是可以让一代又一代人领会的。 今天，与一堆学生约好唱卡拉OK，我忙完手头事情赶过去的时候，却没人；打电话，说都喝醉了，撤了。我笑骂几句，竟然敢放我鸽子，但完全理解。我知道，邓东太不容易，背负了各种压力，太多期望。我以他为傲！ 是，我们达到了我来清华时候的第一个目标，做出了想做的！( http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13306.html )在我的科研生涯翻篇之际，生怕忘掉过去几个月，写下来，作为纪念。第一篇：结晶 我们做结构生物学的，受到的冷嘲热讽可能仅次于从事测序的：“工匠”，“劳动密集型”。对此，我经常一笑了之，懒得辩解，就算现在这一刻，写到了这里，我脑子瞬间涌出十几条驳斥，依旧懒得写出来，因为没必要。可能，人有时候有点骄傲的矫情了，就懒得解释了。不过，我要强调一点，从我进入结构生物学这一领域之初，我难以忘记的还是大四本科生的时候，第一次听当时普林斯顿的助理教授施一公做报告，他强调的一句话：“对于结构生物学，拿到结构仅仅是起点”。这句话对我的科研影响至深，至今。 不过今天既然是说“结晶”，就连结构生物学的起点还没到。可是我确实对于获得人源葡萄糖转运蛋白的晶体结构有点骄傲，因为这个工作完完全全是按照逻辑一步步拿到的结构，而不是靠“筛选”。 什么叫晶体？就是完完全全同样的分子规则反复的空间排列。如果真有克隆人，完完全全的克隆人规规矩矩地按照一定规则排列，那也是大晶体 但事实是，你在地球上根本不可能找到两个完全一模一样的人，更别说获得人晶了（虽然人精很多 ） 对于无机的水、食盐，到有机的葡萄糖，要想获得一模一样的亿万分子，很容易，所以结晶也很容易；到了氨基酸、核苷酸这些生物小分子，也还好，不难；但是到了蛋白质、核酸这些巨大分子量的生物大分子，要想命令每一个分子处于一模一样的状态，就开始困难了。可是它们又小到不能从显微镜下直接观察，你还就必须得获得它们的晶体，用X-射线去探索它们的结构（嗯，这句话很有可能被电镜的突飞猛进而推翻。至少，我们GLUT1的分子量还不足以被电镜抓住。所以我一直在笑谈“业界良心”啊）。于是，“结晶”就成了最困难的工作。 结晶受到研究对象的状态、环境的温度、pH、饱和度等等一系列不可控因素的影响，迄今对于大分子的结晶依旧是不可预测的，所以我们总是把这个过程称为“艺术”，而不是“科学”。主要原因不过就是这个复杂过程的规律还没被勘破。 膜蛋白是最难对付的一大类蛋白，也许我需要专门写一篇来详述。所以在Nature、Science上过去几年经常看到的就是某个细菌的某个膜蛋白结构出来了。它们的生理意义真都这么巨大么？非也！因为在你说我“想”做什么之前，还得掂量掂量我“能”做什么。技术瓶颈在这摆着，纵然心比天高，也只能无可奈何。 一年前，我痛下决心。作为一枚吃货，就死磕我“想”的，死磕我们能量来源最重要的葡萄糖如何进入每一个细胞，死磕GLUT1--葡萄糖转运蛋白. 虽然，我对于某个蛋白结晶所需要的环境尚不能预测，可是我了解蛋白本身啊。从以前五年的积累，我们已经知道： 1. 转运蛋白最“讨厌”的内在性质就是它们高度动态，你很难让亿万分子静止于某一构象，乖乖结晶。对于GLUT1这个高度活泼的转运蛋白更是如此； 2. 我以前的工作总是喜欢加上一个小分子来帮助稳定蛋白的状态，可是对于GLUT1我大概猜出它是“人来疯”，你给它小分子只会让它更疯狂地群魔乱舞，所以必须去掉小分子； 3. 敝实验室经过六年的练手练兵，已经找出对付膜蛋白的去污剂的不二之选 -- NG (我经常开玩笑Not Good，NG这个词只有做膜蛋白的人知道是什么意思。您不妨看看我所有的论文，其实这已经是我们摸索出来的规律了，就好比GPCR结晶俩法宝：1. fusion protein 2. LCP，也已经是公认的规律了）； 基于这几点，我们意识到，要想让GLUT1结晶，第一要搞残”它，让它的动态慢一点，再慢一点，老态龙钟一点，我们就可以咔嚓一下截获其中一个状态了。邓东他们阅读大量文献就为了找到这么一个突变，让GLUT1还能工作，但工作速度慢了几千倍。 另外一个常识就是，低温下，分子运动自然降低，所以我们只选择低温去结晶。还好是冬季，大家本来穿衣服就多，否则蛋白没结晶，人先冻傻了。 事实证明，以上的分析恰恰好。一旦严格按逻辑做事，结晶不过是水到渠成了。 所以，结晶真的是艺术吗？ 我很高兴，因为这是一次严密逻辑的胜利。做出来，回头看，不过如此。但在此之前，当你面前有几十几百条路可以走的时候，选哪条路？听从逻辑分析吧。 哦，至于GLUT1到底是啥，还是贴一下科普新闻吧（奉LB之命，为宣传 清华大学医学院 做贡献，咳咳，敝院成立于2001年，首任院长吴阶平先生，常务副院长也是招我回清华的敬爱的赵南明教授；第二任常务副院长施一公教授；第三任也是现任常务副院长鲁白教授；敝院目前有基础医学系、药学系、生医工程系、临床医学系、以及艾滋中心、公共健康中心等。嗯，要了解更多，请访问敝院主页 http://www.med.tsinghua.edu.cn/index.php/en/ ） http://www.med.tsinghua.edu.cn/index.php/en/about-us/latest-news/501-glut1 葡萄糖（D-glucose）是地球上包括从细菌到人类各种生物已知最重要、最基本的能量来源，也是人脑和神经系统最主要的供能物质；据估算，大脑平均每天消耗约120克葡萄糖，占人体葡萄糖总消耗量的一半以上。葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞：亲水的葡萄糖不能自由穿透疏水的细胞膜，其进出细胞需要通过镶嵌于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白完成。其中一类属于主要协同转运蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称MFS）的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，简称GLUTs）。在人体的14个GLUTs中，GLUT1、2、3、4这四种蛋白生理功能最重要，研究最广泛，其中GLUT1因发现最早而得名。 GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是红细胞和血脑屏障等上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。在已知的人类遗传疾病中，导致GLUT1功能异常的突变会影响葡萄糖的正常吸收，导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病（GLUT1 Deficiency syndrome,又称De Vivo syndrome）。另一方面，当发生癌变时，葡萄糖是肿瘤细胞最主要的能量来源，但是肿瘤细胞由于缺乏氧气供应而只能对葡萄糖进行无氧代谢，同质量葡萄糖所提供的能量不到正常细胞的10%，因而对葡萄糖的需求剧增（这是被称为Warburg Effect的肿瘤细胞代谢现象），在很多种类的肿瘤细胞中都观察到GLUT1的超量表达，以大量摄入葡萄糖维持肿瘤细胞的生长扩增，这使得GLUT1的表达量可能作为检测癌变的一个指标。 葡萄糖跨膜转运的研究历史基本上代表了人类理解物质跨膜运输的历史。将近100年前，就观测到红细胞对葡萄糖的饱和性吸收；起初认为葡萄糖是通过自由跨膜扩散进入细胞的，随着实验证据的积累，1948年，LeFevre等首次提出葡萄糖的进入红细胞的跨膜扩散需要细胞膜上的特定组分（蛋白质）参与；1952年，Widdas等通过对人体红细胞转运葡萄糖的动力学研究提出了饱和运载体机制（saturable carrier mechanism），理论上揭示了细胞膜上运载体（carrier）的存在（尽管之后的研究并不再支持这转运模型，但至今许多跨膜转运蛋白仍然以carrier命名，转运蛋白家族以SLC分类）；1977年，Kasahara和Hinkle从人体红细胞提纯分离出了参与葡萄糖转运的膜蛋白，并实现了脂质体重构功能实验，证实了葡萄糖转运蛋白的存在；1985年，Harvey Lodish实验室首次鉴定出了人体GLUT1蛋白的基因序列，并根据氨基酸序列预测了其具有12次跨膜区的拓扑结构；1991年，De Vivo等首次报道了与GLUT1突变体相关的疾病症状，并将这一大类与GLUT1突变相关的疾病命名为De Vivo 综合症，展示了GLUT1与人类健康的紧密关联。 自从获得了大量生理、病理、细胞、生化信息之后，获取GLUT1的三维结构就变成了该领域最期待的下一个突破。为了结构生物学研究，科学家尝试了从红细胞中、动物组织中直接提取GLUT1或者通过重组表达的方法获取；同时还尝试通过研究GLUT1-4的同源蛋白结构信息来间接理解这些重要的人源转运蛋白。上个世纪80年代，Henderson等报道了数个与GLUT具有序列同源性的细菌糖转运蛋白；90年代，一系列工作报道了GLUT1蛋白在多种表达体系中的重组表达；真正的结构生物学突破发生于2012年，颜宁研究组首次解析了GLUTs的大肠杆菌同源蛋白XylE与葡萄糖结合的高分辨率晶体结构，并利用同源建模预测了GLUT1-4的三维结构；时至今日，人源GLUT1蛋白的晶体结构的捕获为理解这个具有历史研究意义的转运蛋白掀开了新的一章。 颜宁研究组能够在激烈的国际竞争中率先解析GLUT1的晶体结构源于她们对于MFS家族的深入理解和研究积淀。颜宁的实验室在2007年成立之日就将GLUTs作为主要研究对象，然而作为结构生物学领域最为困难的膜蛋白、尤其是真核膜蛋白的研究，首先要培养一支研究队伍。因此她们从相对简单的细菌同源蛋白开始着手，边培养学生边积累经验教训，2010年解析了大肠杆菌中岩藻糖转运蛋白FucP的晶体结构（Dang et al, Nature, 2010），2012年解析木糖转运蛋白XylE的晶体结构（Sunet al, Nature, 2012）。在研究这些同家族糖转运蛋白的结构与机理过程中，她们对于MFS家族的工作机理有了深入了解，分析出GLUT1结晶的瓶颈在于高度动态、结构不稳定。针对这一问题，她们别出心裁，寻找可以将GLUT1锁定于某一构象的致病突变体，同时利用低温结晶进一步稳定蛋白构象，终于克服了GLUT1重组表达、纯化结晶的一系列技术障碍，获得了GLUT1的晶体结构。 GLUT1的三维晶体结构呈现经典的MFS家族折叠方式----12个跨膜螺旋组成N端和C端两个结构域。两个结构域之间的腔孔朝向胞内区，即该结构呈现向内开放构象。而在结晶中用到的去污剂头部恰好是葡萄糖苷，其结合位点与此前XylE中观测到的葡萄糖结合位点基本重合，证实了MFS家族具有单一结合位点。有趣的是，GLUT1在胞内可溶区还具有一个由4个α螺旋组成的结构域（简称ICH），这一序列只在MFS中的糖转运蛋白亚家族中(Sugar Porter subfamily)观察到，因此ICH是属于该家族蛋白的特有结构特征。 利用GLUT1的晶体结构可以精确地定位与疾病相关的突变氨基酸，揭示其致病机理。分析显示，三十余个突变氨基酸基本集中于三个区域：底物结合区域、胞外门控区、胞内门控区，它们的突变或者影响了底物识别，或者影响转运蛋白的构象变化。晶体结构使得理解这些致病突变的机理一目了然。与之前获得的向胞外半开口的XylE晶体结构比较揭示出ICH在GLUT1的构象变化中起关键作用。鉴于ICH在糖转运蛋白亚家族的保守性，这一发现可能适用于该亚家族所有成员。 至此，颜宁实验室分别捕获了FucP向胞外开放，XylE结合底物半开放，GLUT1向胞内开放的三个MFS家族最具有代表性的转运状态结构，结构比对初步揭示出MFS糖转运蛋白在转运循环中的构象变化，对于理解MFS家族糖转运蛋白的转运过程提供了重要的分子基础。 本工作的第一作者邓东博士是PTN博士研究生项目的第一位毕业生，其博士阶段针对TAL effector特异识别DNA分子机制的研究曾经入选2012年Science评选的年度十大进展及2012年度中国科学十大进展。目前邓东为清华-北大生命科学联合中心（CLS）的博士后；共同第一作者徐超和吴建平2012年于清华大学生命学院获得本科学位后加入CLS博士研究生项目，目前为博士二年级；共同第一作者孙鹏程来自生命学院01班，于大二暑假加入其班主任颜宁实验室，即开始参与GLUT1 的结构生物学研究，目前已被CLS录取，将于今年9月正式成为CLS的博士研究生。此外，本科来自于化生基科班、现为生命学院五年级博士研究生的闫创业和本科来自于数理基科班、现为CLS一年级博士生的胡名旭也对本工作做出重要贡献。 本工作获得了自然科学基金委、科技部、CLS的经费支持。颜宁自2012年起受到国家自然科学基金委杰出青年基金和HHMI国际青年科学家项目资助、2013年获得青年拔尖人才计划资助。特别值得一提的是，上海同步辐射光源（SSRF）为及时收集高质量衍射数据提供了必不可少的保障。
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[转载] Nature：结构生物学里程碑！近原子分辨率显示蛋白
rasin 2013-12-6 09:18
原始网址 http://www.bio360.net/news/show/8168.html Nature ：结构生物学里程碑！近原子分辨率显示蛋白结构 在一项技术壮举中，来自加州大学旧金山分校（ UCSF ）的科学家们以近原子分辨率，确定了在疼痛和热知觉中起中心作用的一种蛋白质的结构。相关两篇研究论文刊登在了近期出版的《自然》（ Nature ）杂志上。 两篇论文的作者： Erhu Cao 、 Maofu Liao 、 Yifan Cheng 和 David Julius 。 在 UCSF 博士后研究人员曹尔虎（ Erhu Cao ，音译）和廖茂福（ Maofu Liao ，音译）博士的领导下，这项新研究为寻找更好的新型疼痛疗法的药物设计者提供了一些新见解。此外，它也标志了结构生物学领域的一个分水岭：在此之前，人们认为新研究中所采用的低温电子显微镜（ cryo-EM ）技术无法这样细致地显像小蛋白。 论文的共同资深作者、加州大学旧金山分校生物化学和生物物理学副教授、电子显微镜学家程一凡（ Yifan Cheng ）博士说： “ 其影响将是广泛的。过去从来没有人会相信，你能够利用这一方法获得这样的分辨率 —— 这被认为是不可能的。新研究开辟了大量的机会。 ” 两篇《 Nature 》论文报道了分辨率为 3.4 埃 的 TRPV1 蛋白的结构。 TRPV1 具有一些独特的特性，自 1997 年加州大学生理学系主任和教授 David Julius 博士首次发现它以来， TRPV1 引起了生物学家和公众广泛的兴趣。 TRPV1 是一种大量存在于感觉神经细胞中的离子通道：它在细胞膜中形成一个孔道，钙离子等通过这一通道，改变细胞使之产生动作电位，并将信号传递给其他神经元。 然而不同于其他的离子通道， TRPV1 可对化学物质或温度变化产生反应。例如，当存在辣椒素（ capsaicin ）时 TRPV1 会改变它的形状打开通道，也会对极高的温度做出响应引起疼痛。 Julius 和同事们证实了，蜘蛛毒素和植物等多种不同来源的一系列疼痛诱导毒素和炎症性化合物也可以激活 TRPV1 ，这些关联使得这一蛋白成为了药物开发者们的关注焦点。 第一篇《 Nature 》文章描述了 TRPV1 处于静息状态时的结构，第二篇论文则揭示了当与一种蜘蛛毒素和一种辣椒素样化合物结合时， TRPV1 通道改变形状的机制。这些显像支持了一种 TRPV1 “ 两阀门 ” 激活模型：这一通道的不同部分可响应不同的化学制剂改变构象，对于希望通过精确控制 TRPV1 门控来调节疼痛反应的药物设计者们而言，这一信息很有价值。 “ 这有点像看到了这一通道关闭时，部分打开时，然后全部打开时的快照，这对于一种离子通道而言相当少见， ” Julius 说。 程一凡说： “ 在此之前， TRPV1 和相似蛋白结构最好的分辨率为大约 15-20 埃，许多来自低分辨率数据的结构缺乏充分的细节提供机制信息。 ” Julius 表示： “ 许多结构生物学家一直认为低温电子显微镜不如 X 射线晶体学，在最好的情况下后者能够获得低于 2 埃的分辨率。 ” 然而正如其名， X 射线晶体学需要将目的蛋白结晶，像 TRPV1 这样的嵌在细胞膜中的蛋白非常难做到这一点。而这些膜蛋白却是包括细胞信号传导和药物作用等重要的生物学领域中的决定性因子。 Julius 说，由于程一凡实验室取得的巨大进展，能够精确地捕获蛋白质的形状改变现成为了低温电子显微镜的一个巨大优势，他预计许多结构生物学家，甚至是那些支持 X 射线晶体学的人，也将会把低温电子显微镜添加到他们的工具箱中。 原文检索： Maofu Liao, Erhu Cao, David Julius Yifan Cheng. Structure of the TRPV1 ion channel determined by electroncryo-microscopy . Nature, 04 December 2013; doi: 10.1038/nature12822 Erhu Cao, Maofu Liao, Yifan Cheng David Julius. TRPV1 structures in distinct conformations reveal activationmechanisms . Nature, 04 December 2013; doi: 10.1038/nature12823
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中科院高能所招聘结构生物学科研人员
ggyypeng 2013-6-14 17:57
招聘启示见高能所网站 http://www.ihep.cas.cn/zszp/rczp/201306/t20130614_3866040.html 多学科中心蛋白质结构研究岗招聘启事 2013-06-14|文章来源：人力资源处 |浏览次数：93 |【 大 中 小 】 　　中国科学院高能物理研究所多学科中心蛋白质结构研究岗因工作需要现开始招聘，条件适合者可聘为副研究员。 　　岗位名称：蛋白质结构研究岗 　　岗位职数：1人 　　岗位性质：在编 　　岗位职责： 　　1. 负责开展细胞表面受体复合物及相互作用的研究。 　　2. 较独立地开展课题研究； 　　3. 协助课题组长指导研究生； 　　4. 申报青年基金等。 　　岗位要求： 　　1. 具有生物学博士学位，接受过较系统的科研训练，具有细胞生物学或者结构生物学背景； 　　2. 热爱科研工作，具有很强的进取心、团队合作精神和责任感；具有流利的英文读写和交流能力； 　　3. 从事过科研工作5年以上（含攻读博士时间）； 　　4. 身体健康。 　　福利与发展： 　　· 事业编制、三元工资待遇，享受工伤保险、失业保险、退休金、公费医疗 　　· 提供临时宿舍周转房 　　· 丰富的国内外讲座、培训及交流，鼓励职工继续深造 　　应聘要求： 　　1.　 应聘者面试时须提供以下材料： 　　1) 个人简历（包括详细个人信息、学习教育经历、个人能力、爱好等） 　　2) 学历学位证书、身份证、学习成绩单等复印件 　　3) 推荐信2份 　　2.　 有意应聘者请登陆高能所人才信息库（ http://www.ihep.cas.cn/ ）投递个人简历 　　（注：请写明应聘岗位名称） 　　3.　 截止时间：2013年8月底 　　4.　 面试时间：另行通知 　　联系方式 　　联系人：龚老师 　　邮箱： yonggong@ihep.ac.cn
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揭秘抗生素的副作用机理
热度 7 zhpd55 2013-5-24 10:16
揭秘抗生素的副作用机理 诸平 自从 20 世纪 40 年代青霉素问世以来，很多抗生素在各种常见细菌性疾病的治疗中，发挥了重要作用。但是抗生素的副作用不可忽视，特别是在使用不当如剂量过大或用药时间过长时，抗生素会引起种种不良反应，有的甚至相当严重的。例如，链霉素、卡那霉素可引起眩晕、耳鸣、耳聋；庆大霉素、卡那霉素、多粘菌素、万古霉素、杆菌肽可损害肾脏；红霉素、林可霉素、强力霉素可引起厌食、恶心、呕吐、腹痛、腹泻等胃肠道反应；环丙沙星可有轻度的胃肠道副作用；氯霉素可引起白细胞减少甚至再生障碍性贫血。研究还证明，链霉素、氯霉素、红霉素、先锋霉素和多粘菌素 B 能抑制免疫功能，削弱机体抵抗力。不少抗生素还可引起恼人的皮疹等。但是抗生素的副作用究竟是什么原因引起的？对于这个一直使人困惑的谜团，瑞士洛桑联邦理工大学 （ Ecole Polytechnique Federale de Lausanne ，简称 EPFL ）的研究人员最近对此有了新发现。研究结果 2013 年 5 月 24 日 已经在《科学》（ Science ）杂志网站发表。 结构生物学研究结果显示，磺胺类药物可能通过抑制一种酶会损害到神经系统。许多磺胺类药物如磺胺嘧啶 ( 粉红色 ) 会抑制墨蝶呤还原酶（ sepiapterin reductase ，蓝色 ), 其绿色为辅助因子（见图 1 所示）。磺胺类药（ 英语 ： Sulfonamides ）是一类具有 对氨基苯磺酰胺 结构 药物 的总称，有广谱 抗菌性 。对 革兰阳性 和革兰阴性菌均有良好的抗菌活性。 Fig. 1 Many sulfonamide drugs, such As sulfapyridine (pink), inhibit the enzyme sepiapterin reductase (blue), shown with a cofactor (green). Credit: Science 早在 20 世纪 30 年代就发现磺胺类药物可有效治疗 溶血性链球菌 感染而被用作临床治疗药。 1906 年有人制得磺胺类物质 对氨基苯磺酰胺 ，当时只是用于染料工业，并未发现它的抗菌作用。 1932 年，德国 拜耳 公司的化学家偶然发现一种名为 百浪多息 （ Prontosil ）的红色 偶氮染料 。德国病理学与细菌学家 格哈德·多马克 （ Gerhard Johannes Paul Domagk ， 1895 年 10 月 30 日 － 1964 年 4 月 24 日 ）经过试验证明这种物质对于治疗溶血性链球菌感染有很强的功效。 1933 年报道了用百浪多息治疗由 葡萄球菌 引起的 败血症 ，引起世界瞩目。进一步研究发现这种染料实际上是一种 前药 ，在体外没有任何活性，在体内由它转化得到有生理活性的化合物便是早期被忽略的对氨基苯磺酰胺。 这一发现在医学界引发了一场磺胺浪潮： 1937 年制得 磺胺吡啶 ， 1939 年制得 磺胺噻唑 ， 1941 年制得 磺胺嘧啶 ，之后还制得多种磺胺类药物，据统计，到 1945 年时已合成的磺胺类药物超过 5400 种，其中用于临床的常用磺胺类药物有 磺胺醋酰 、磺胺吡啶、磺胺噻唑和 磺胺脒 等 20 余种。 1939 年多马克 （Gerhard Johannes Paul Domagk ）因为百浪多息的开发而获得 诺贝尔生理学或医学奖 。磺胺类药物是 青霉素 还未普及的 第二次世界大战 早期用于治疗感染的药物，是当时的战场急救药物之一，它的使用拯救了许多士兵的生命。在第二次世界大战中， 温斯顿·丘吉尔 在北非患上肺炎，就曾用磺胺吡啶来进行治疗。 不过磺胺类药物的普及也带来了悲剧。 1937 年美国的一家小医药公司配制了一种磺胺酏剂，以有毒的 二甘醇 为溶剂。他们未经任何试验就把这种药物投入市场。结果导致了超过 100 人死亡的悲剧。这便是著名的 磺胺酏剂致死事件 ，后来促使美国政府加快对药品和食品安全的立法。 1938 年 罗斯福 总统签署通过了《联邦食品、药品和化妆品法案》，规定所有新药上市前必须通过安全性的审查。 磺胺类药物在被发现后的一段时间内，特别是在一些发展中国家，由于价廉和对泌尿道、沙眼等病原体感染的疗效而一直被使用。到 20 世纪 40 年代初期， 青霉素 的问世及在临床上的应用，以及磺胺类耐药菌株的出现和病人 变态反应 的发展，曾一度使磺胺类药物的研究发展受阻。但随着青霉素不稳定性、过敏性、耐药性等缺点的暴露，使磺胺类药物的研究再度受到关注，磺胺类药物的开发进入了一个新的时期， 磺胺甲恶唑 、 磺胺甲氧嗪 等中长效磺胺类药物问世。 20 世纪 70 年代中期还发现了磺胺类与 甲氧苄啶 的 协同作用 。这个阶段内对磺胺类药物的作用机理和 构效关系 都有较为深入的探讨。尽管磺胺类药物的发现和应用在医学领域内引起的一场革命已经持续 70 余年之久，对这类药物有一定的副作用的认识也在不断提高，但是只有现在的发现与以前不同，对其副作用机理的认识比以前更深刻。详见 瑞士 EPFL 研究人员的最新研究结果 ——Hirohito Haruki, Miriam Grnlund Pedersen , Katarzyna Irena Gorska, Florence Pojer, Kai Johnsson. Tetrahydrobiopterin Biosynthesis as an Off-Target of Sulfa Drugs . Science , 24 May 2013, Vol. 340, no. 6135, pp. 987-991. DOI: 10.1126/science.1232972 . 瑞士 EPFL 化学生物学家也是此研究成果的领导者 Kai Johnsson 说，这些副作用随着细菌耐药性增长 , 已使许多磺胺类药物失宠。但是有些如磺胺甲恶唑则依然是最流行的用于治疗某些类型的微生物感染（如肺孢子虫性肺炎）的药物。他说学习该分子使其副作用的滞后的原因可能会对于老药族注入新活力。研究人员可以修改对于病人的治疗方法 , 以便避免头痛、颤抖、恶心、呕吐、失眠等磺胺类药引起的副作用。研究人员发现 , 一个核心磺基耦合到一个胺分子之中 , 这也是磺胺药物的基本架构部分，滑动靠近墨蝶呤还原酶（ sepiapterin reductase ）的活性部位。这种酶参与四氢生物蝶呤的生物合成 , 而四氢生物蝶呤是制造和产生几种神经递质所必须的一种物质。 Kai Johnsson 认为磺胺类破坏了此酶参与神经递质的合成过程 , 他的研究小组发现 , 在细胞测定中此干扰最终耗尽了这些神经递质，这可能就是导致神经系统副作用的原因所在。新研究工作也提出了为什么一种磺胺药物如磺胺甲嘧啶（ sulfamethazine 结构见图示）不会造成这样的副作用？是因为在杂环上它有两个甲基链接 , 使其难以与此酶的活性部位相匹配。如果没有这 2 个甲基 , 这种分子现在被称其为磺胺嘧啶（ sulfadiazine ） , 对于此酶的抑制作用可以提高近 370 倍。 美国田纳西州孟菲斯市（ Memphis ）圣 · 裘德儿童研究医院 (St. Jude Children’s Research Hospital) 研究磺胺抗性的结构生物学家 Stephen White 对此评论认为，这项研究工作是 “ 对老药族认识的一个伟大的新转折 , 从理论上讲 , 可以重新设计磺胺类药物 , 使其在结构上与墨蝶呤还原酶（ sepiapterin reductase ）的活性部位难以适合匹配 , 避免其副作用的发生。更实际的是临床医生可以考虑给服用磺胺类药物的患者补充因为通过抑制此酶而失去的神经递质分子，同样可以起到降低副作用之目的。 ” 更多信息请浏览原文。 http://www.sciencemag.org/content/340/6135/987.abstract ； Antibiotic Side Effects Explained ；
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结构生物学，不能数豆子
热度 3 guoweihehe 2013-5-2 08:10
喻海良博主的 《数数施一公有多少篇 NSC ，就知为什么他能当选美国院士》 http://blog.sciencenet.cn/blog-117889-685653.html 能让人很直观地看到差距，但是并不容易理解施一公教授课题组到底好在哪里。 2012 年诺贝尔奖化学奖得主 Brian K.Kobilka 教授的 CNS 的文章数目要远远少于施一公教授的四十多篇，还不到 20 篇—— CNS 作为代表作应该基本都在此列了，但可能仅仅是其独立后的文章列表。 实验室文章链接 http://med.stanford.edu/kobilkalab/publications.html 看来要理解到底好在哪里，并不能依靠这种数豆子的方法。 本人虽然是生物学博士，但看结构生物学的文章基本上感觉是不知所云。因此，还请结构生物学的博友以专家的视角深入浅出地撰文介绍施一公教授的工作到底好在哪里。 非常感谢。
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施一公研究领域定义在“结构生物学”上不错
热度 4 liwei999 2011-9-2 15:19
看了施一公清华的网页，研究领域定义在“结构生物学”上不错。 作者: mirror (*) 日期: 09/01/2011 23:13:14 不能理解为什么会搞出一个“生物物理学”的说法 出来。包括“生物物理研究所”的说法，也不是很好。 Quote 主要科研领域与方向： 主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究 与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究 细胞内生物大分子机器的结构与功能研究 “ 集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究 ”的说法就很 和谐 了。至少没有“医疗”上的各种麻烦（对比“（研究）细胞迁移的分子机理、及其在控制肿瘤转移的应用”的说法来）。 物理学 也许被施一公看得很高，因此愿意被人认为是“分子生物 物理学 博士”——一个很奇怪的名称。也许在约翰霍普金斯大学医学院看来，是为了有别于MD而“生造”了这么一个别扭的名字。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。 是“应用”而不是“试用”。有些时候，问题就在措辞的差。 作者: mirror (*) 日期: 09/01/2011 23:29:33 施一公的措辞就很好，而饶毅的不好。因为饶用的是“应用”，在控制肿瘤转移方面的 。这个说法在临床医生们看来，显然是“吹”呢。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。 需要考虑医学界人士如何去理解【研究“控制肿瘤转移的应用”】的提法。 作者: mirror (*) 日期: 09/02/2011 00:08:09 他们如果认为是“越界”了，很可能就 认为饶教授是“吹牛”呢，因为饶教授不具备这样做的“资格”。 选举这类事情，手续、资格等也许比学问更要紧。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。
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Kobilka做出了GPCR与G蛋白的复合物结构！！！
热度 3 Lewind 2011-5-19 18:03
　　我刚刚听到了本次学术会议最令人惊叹，不，我所有参加过的学术会议中最令人惊叹的成果：Stanford的Brian Kobilka解出了GPCR与G蛋白的复合物结构！！！ 　　这是在苏州召开的“冷泉港亚洲会议”，本周的议题是“膜蛋白的结构与功能”。Kobilka在刚刚的Keynote报告中一路轻描淡写地讲着GPCR，却突然抛出了重磅炸弹：他解出了GPCR与G蛋白的复合物结构！ 　　众所周知，GPCR的结构难做，除了它是膜蛋白，还因为它有多种不同的构象状态。别人觉得这个复合物是天方夜潭，Kobilka却能做出来，这里面的关键技术很多。当然，他都用“我们试了很多”搪塞过去了。但有一样是在明面上的，Kobilka使用了不同的激动剂，这可能是问题的关键所在。 　　我更钦佩的是Hobilka的气度。所谓“同行是冤家”。大家也知道，一般的学术会议上都不会讲自己的最新成果。可是Kobilka敢讲，说明他知道自己的工作是绝对领先的！名家啊！
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结构生物学优秀国际论文 by F1000 Factor
xupeiyang 2010-8-22 14:29
详细信息见 http://f1000biology.com/browse/STRUCTBIOL 国际生物学专家按F1000 Factor评出的结构生物学国际优秀论文，你可以选择查阅近一周至近五年发表的优秀论文。 可按以下分类进行检索查阅： Structural Biology Biomacromolecule-Ligand Interactions Cell Signalling Trafficking Structures Experimental Biophysical Methods Macromolecular Assemblies Machines Membrane Proteins Energy Transduction Protein Folding Structural Genomics Structure: RNA Structure: Replication Repair Structure: Transcription Translation Theory Simulation Related Sections Biocatalysis Protein Chemistry Proteomics
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[转载]“大牛”科学家施一公的舍与得
fuss1983 2010-6-1 17:14
摘自人民网（ http://world.people.com.cn/GB/89881/97035/11620926.html#005 ） 清华才子在美登巅峰 　　 在清华念书期间，学习成绩年年名列全年级第一；不但提前一年毕业，还获得数学系学士学位。 　　 36 岁，被聘为普林斯顿大学分子生物学系历史上最年轻的正教授； 40 岁，拿到终身讲席教授。在清华园，他被亲切地戏称为大牛。 　　坚韧不服输培育清华才子 　　 1967 年 5 月，施一公出生在一个知识分子家庭，父母亲给他取名一公，希望他一心为公。在父亲的影响下，他对数学和物理产生了浓厚兴趣。 1985 年，从河南省实验中学高中毕业时，因在全国高中数学和物理竞赛中分获一、二等奖，他获得保送资格。 　　施一公最初想读北大物理系，他认为那是最聪明的人的选择。然而，当清华大学的招生老师向他形容 21 世纪是生命科学的世纪时，他觉得这个学科听起来很牛，加之他一向敬仰的父亲机械专业出身，对清华有感情。施一公最终选择了清华，成为清华大学生物系复系后的首届本科生。 　　虽然对生命科学并不了解，但从小就是尖子生的施一公还是自信满满。没想到，刚一入校就感觉很崩溃。他发觉身边优秀的人太多了。他们说起术语一套一套的，我还没听懂老师讲什么时，就有同学问下一个环节的知识点了。我觉得自己没有前途，会一事无成。施一公至今难忘当年的沮丧。 　　然而，人活一口气。在家庭的影响下，从小就想当工程师或科学家的施一公，在学习上十分好强。我是从河南驻马店走出来的，一直无法忘记小学老师对我说，要给驻马店人争光。儿时好友曾经送给我一句话希望我能成为诺贝尔奖获得者少年时代的同窗，我现在想起来还很激动。正因为这样，施一公告诉自己一定要争气。虽然，他大学期间并不确信自己今后会从事生命科学研究，他的学习成绩仍然年年名列全年级第一。 1989 年，他又以第一名的成绩提前一年毕业。在出色完成生物系课程的同时，他还获得了数学系的学士学位。 　　施一公注重全面发展，他充满激情，乐观，不服输。在高中期间，他就练习长跑，练过的项目从 800 米到 1500 米，再到 3000 米。进入清华后，由于长跑队只招收专业运动员，施一公便转练竞走，从 5000 米到 1 万米。他还在校运动会上创下全校竞走项目的纪录。一直到 1994 年，在他大学毕业五年后，这个纪录才被打破。 　　施一公后来回忆道： 1 万米竞走要绕操场走 25 圈，每走一圈都要打一次铃，提醒你必须要坚持。这不仅是一个体育项目，还是意志品质的锻炼，这种锻炼让我在以后的学习和工作中都受益无穷。 　　人活一口气成就学术牛人 　　 1990 年初，施一公获全额奖学金，赴美国一流的研究型大学约翰 ? 霍普金斯大学攻读生物物理学及化学博士学位。 　　刚到美国的施一公受挫了，兴趣不定影响了他的科研，读博的前两年，他总是想转到计算机系，学校甚至一度想停止为他提供奖学金。不服输的施一公憋着一口气，努力背单词、做实验，甚至在日记里写道：有什么了不起，老子是清华的！终于，他慢慢进入了状态。一次，系主任兼实验室导师自认发现了一个生物物理学中的重大理论突破，激动地向学生们演示，施一公当场指出导师在某个演算环节中的漏误。从此，导师对他刮目相看。毕业时，导师公开宣布施一公是我最出色的学生。 　　次年，施一公到纽约史隆凯特林癌症研究中心结构生物学实验室从事博士后研究。此间，他终于认定细胞凋亡才是自己喜欢的研究方向，虽然这一方向与他博士后实验室的研究方向不同。 1997 年 4 月，还未完成博士后研究课题，他就被普林斯顿大学分子生物学系聘为助理教授。 1998 年初，他在普林斯顿大学创建了自己独立的实验室，开始了对细胞凋亡机理的研究。 　　 2003 年，由于探究神秘的抑制细胞凋亡抑制因子的蛋白 SMAC ，对破解致癌原因这一生命科学之谜作出了突出贡献，施一公被国际蛋白质学会授予鄂文西格青年科学家奖，成为获得该奖项的第一位华裔学者。当年，施一公 36 岁。 2005 年，他当选为华人生物学家协会主席。 　　施一公在普林斯顿的执教前景也一片光明 2001 年，获普林斯顿大学终身教职； 2003 年，成为普林斯顿大学分子生物学系史上最年轻的正教授； 4 年后，被授予普林斯顿大学最高级别的教授职位终身讲席教授。 　　这位势头猛劲的年轻科学家，不仅在普林斯顿大学春风得意，还从 2000 年起，成为哈佛、麻省理工学院、杜克、密歇根等 10 多所美国顶尖大学争抢的对象。 　　为了留住施一公，普林斯顿给他提供了优厚的条件：实验室面积是普林斯顿大学分子生物学系 40 多位正教授中最大的，科研基金是系里最高的。 　　在比美国历史还要悠久的学术殿堂普林斯顿，施一公登上了巅峰。 美终身教授毅然回国 　　 辞去普林斯顿大学讲席教授的终身职位，放弃 500 平方米的独栋花园别墅作出回国的决定，只用了一个晚上。很多人认为我错了，认为我疯了。连我在美国的亲戚们都觉得我脑筋有问题。 　　想干一些实事，怀着满腔热忱，为什么会招来这些不明不白的非议？ 　　大牛的归来不是一个传说 　　施一公要回来啦！从 2006 年起，清华大学就流传着这样的爆炸性消息。 　　就科研环境来讲，国内大学无法与普林斯顿比肩。国内学术圈的规则，也往往让海外学者无法再适应。这是很多海外学者的共识。 　　何况，那时的施一公在普林斯顿如日中天：除学校给予他稳定的资金支持外，他申请了 11 次美国国家基金， 10 次中标。一个基金会也在资助他的科研，一些美国的大公司还与他合作支持他的科研。仅凭在美国国立卫生研究院（ NIH ）的 5 个独立科研基金就可以一直支持实验室到 2012 年他在美国的生活也很优越：学校资助他购买了 500 平方米的独栋花园别墅，同是清华毕业的妻子在国际制药大公司工作，一对龙凤胎儿女享受着快乐的美式幼儿园教育 　　会不会只是个传说？很多人不敢相信。 　　 2007 年 4 月，施一公在清华大学的实验室正式开张，施一公归来终于板上钉钉。 　　作出回国的决定，只用了一个晚上。他说。 　　 2006 年 5 月，施一公回国参加 4 年一次的中国生物物理学年会。其间，时任清华大学党委书记陈希找到他说：清华急需人才，希望一公回国。当晚，施一公就在电话里得到了远隔重洋的妻子的支持。第二天，他告诉陈希：我愿意全职回清华工作，但我在普林斯顿尚有 20 名科研人员的实验室，需要一个过渡期。就这样，施一公作出了轰动国际生命科学界的决定。 　　 2006 年 6 月，施一公迅速进入了过渡期，向普林斯顿校长提出回国。校长劝施一公不必全职回国：暑假有 3 个月，平时你还可以回国两个月，什么事情 5 个月还做不完？我认为，全职回国对普林斯顿和清华的贡献比我全职在普林斯顿更大。施一公委婉拒绝。 　　 2008 年底，施一公再次走进了曾让他事业起飞的普林斯顿，这一次，他是来告别的正式辞掉了普林斯顿终身讲席教授一职。 　　很多人认为我错了，认为我疯了。连我在美国的亲戚们都觉得我脑筋有问题。施一公笑说。 　　普林斯顿物理系的一位教授，在香港意外邂逅施一公时，用了两个小时，滔滔不绝地向他阐释你作了一个错误的决定。施一公一位很要好的学术界朋友在一次聚会中对他说：一公，你现在豪情万丈，肯定用不了两年，就会被国内的大染缸染得看不出颜色。 　　我的意志很坚定，国内学术界的潜规则改变不了我几十年形成的人格和做事方式，两年后不会改， 20 年后也不会改。如果改了，我会觉得很悲哀！我会问自己：回来干什么？！施一公回应。 　　施一公的坚决反响巨大，国内主流媒体纷纷大力报道，一些媒体称他归国的意义不亚于当年钱学森、郭永怀的回归。与此同时，正值西方国家开始关注中国每年飞涨的科研经费与中国对海外高层人才的招揽趋势，施一公引起了众多国外媒体的关注。《纽约时报》用震惊一词形容施一公回国。 　　在海外的华人科学家中，施一公的归国举动也迅速引起轰动。 　　施一公这种大师级的人物能够放弃美国优厚的科研环境，回国创业，可谓海外华人的典范。国际知名神经科学家鲁白这样评价。 　　在美国的华人科学界，通常存在这样一个疑问，像施一公这种级别的人回国，能否适应中国的人文环境与科研制度。因为中美在科研体制方面，比如基金的评审和申请等方面都存在相当的不同。施一公为我们树立了榜样。美国杜克大学药理系教授王小凡说。 　　清华大学常务副校长陈吉宁如此评价施一公的归国举动：会带动大批一流的海外华人科学家回国工作。中国大学的教授队伍建设和学科建设，已经开始需要一大批国际性的大师级人物来领衔。 　　这种现象，被媒体称为施一公效应。 　　困难与挫折无法浇熄满腔热忱 　　回国之后的施一公，想大干一场。 　　比我在普林斯顿时玩命多了。施一公说。刚回国时，他办公室的灯光常常会亮到夜里两三点，大年初一都会出现在办公室。他将自己的睡眠时间缩短到平均每天不到 6 小时。虽然清华附近有很多他喜欢的餐厅，让他胃口极好，睡眠的减少还是使他看上去很瘦。 　　体力上的辛苦并不影响施一公在精神上生龙活虎，在清华的每一天他都很激动。然而，网上出现了一些批评他的声音，让他一度有些烦恼。 　　他是回来捞钱的。他有着不可告人的个人目的。他想带回自己的学术亲信。 　　对于这些批评，施一公曾感到伤心且难以理解。回国就是出于一种特别朴素的感情，有什么好奇怪的呢？ 　　施一公坦言，刚到美国时，他没有想过一定要回国。 1987 年，令他深深敬仰的父亲遭遇车祸，因为没有得到及时救治而去世，因此怀有不满情绪的他当时对祖国没有什么留恋。然而，到美国后，他遭受了一系列更大的刺激：参加聚会时，有些中国人支支吾吾不愿说自己是中国人；办签证时，中国人不仅签证费高，还总被查户口似地盘问；过境时，外国人把护照晃一下就可以了，而拿中国护照的人，常常被移民官严格地翻包。更为过分的是，美国主流媒体经常出现妖魔化中国的报道，这让他感到很憋屈、很气愤。 　　那时我就想，有一天，我一定会回国！施一公说，况且，中国还有很多东西亟待改进，从科技体制和基金评审到大学教学和科研水平，相对于美国一流大学还有相当差距，比较起在美国，我觉得我回来以后可以有更大的作为，这种成就感对我来说很重要。 　　 2008 年 8 月，网上又有人质疑施一公申请国家杰出青年科学基金（外籍）不符合程序规定，质疑他的全职身份。施一公又一次成为舆论焦点。 　　在普林斯顿，上至校长，下至系主任，从我实验室的博士生到博士后，都知道我即将辞职，实验室会逐渐关掉。事实上，我在普林斯顿大学早已进入离职的过渡期，只有清华大学一个固定职位。提及此事，施一公仍感不平，我夫人当时还在美国，她从美国同事那里听说我在网上遭到攻击，不愿意回国了，我又劝了大半年，她才同意回来。如果说我有什么感到愧疚的，只觉得对不起放弃工作的妻子和我在普林斯顿的学生。 　　我有话憋不住，国内很多现象都很邪乎。即使遭遇攻击，施一公也经常面对媒体表达自己对国内学术状况的不满：一些学者利用自己的名望，在与自己无关的科研成果中挂名。不诚实比巨大的科学错误更可耻。有的教授带了很多研究生，但忙于各种非学术类事务，根本没时间指导学生。国内大学和国外大学有一个比较大的差别：国外的行政是服务学术的，教授发言权很大；但在国内，行政对学术的控制太多。尖锐的言论又给他带来过一些麻烦。 　　如今，对于遭遇的一些质疑，施一公已经能够理性理解：或许是被关注得太多了，或许是倡导改革动了一些人的奶酪。确实也有一些海归学者没有坚持自己在美国的学术操守。但是，从感性出发，他仍感不平的是：想干一些实事，怀着满腔热忱，为什么会招来这些不明不白的非议？ 　　施一公想，那就用事实来证明。 令人关注的施一公效应 　　 普林斯顿是美国最适合作研究的地方，如果只从科研角度出发，我没有必要回清华，我回来的根本目的是为了育人，育人在育心。 　　再过二三十年后，当我在清华退休时，看到自己有那么多的学生成为理想远大、影响社会甚至影响世界的人，那将是多么快乐的一件事啊！ 　　一公效应助建科研理想国 　　在施一公看来，对人的培养是第一要务。 　　普林斯顿是美国最适合作研究的地方，如果只从科研角度出发，我没有必要回清华，我回来的根本目的是为了育人，育人在育心。施一公说，现在的大学生缺乏理想，缺乏一种任何情况都不会放弃的东西，这让我很担忧。 　　于是，除了亲自对实验室里的每位研究生作系统指导，把实验室里的十数名学生培养成成熟、练达的科研人员，这位尽量找各种理由推掉很多行政会议、项目评审和公众活动的科学家，出现在了一些面向大学生的讲座中。 　　在生活中可以知足常乐，在科研和事业上永远不可以。不要磨光了自己的棱角，我不相信没有棱角的人会作出好的科研。作科研一定要敢于批判，我的观点都是主观的，供你们批判。这样的话语，经常会伴随他讲述的人生经历跳出来，引来学生阵阵掌声。我还想给清华的本科生开思想政治课。施一公说。 　　除了把时间花在他最钟情的科研上，其他时间施一公大多忙于招兵买马。 2008 年至 2009 年间，在面试了 60 多位教授、副教授候选人后， 22 位充满活力并极具学术能力的科研者加入了清华团队，已经 15 人有了自己的实验室。在未来 5 至 10 年中，清华计划在生物医学科学领域聘请 110 至 130 位独立的实验室负责人。谈及此，施一公豪情万丈。 　　有了好的人才，一定要为人才建设好的学术环境，以教学和科研为主。施一公说。为此，从 2007 年起，施一公便开始筹划生命科学学院的人事制度改革：一边理顺与明确院系行政领导的权责，减少学院领导在行政事务上的重复劳作，一边计划建立与国际接轨的教授终身制评价体系，采用终身教职系列、实验教学系列、科研系列、教育职员系列，不受其他制度制约。改革方案已提交学校领导，过了这个坎儿，学院的科研建设就会像多米诺骨牌一样，产生连锁反应。施一公说。 　　与此同时，施一公与他的团队开始进行教学改革。除了为本科生减免学分，加强学生自主性，还在教育部的支持下，与北大和北京生命科学研究所整合资源，创建了一个联合的研究生项目。近百位参与该项目的教授，将选择自己擅长的研究领域进行模块教学。 　　对于更加长远的目标，施一公毫不讳言：今后 10 年内，每年都会有一些有重大国际影响的成就，每两三年可以有在科学史上具一定地位的成就出现在清华。在清华生命科学学院，创制一个适合人才发展的管理模式，而在这里尝试的软机制，也可以在中国其他地方被复制。 　　除了创建他和团队成员心中的科研理想国，有一件事情施一公绝不会限制自己的时间与信任的同事共同为政府部门提供实质性的政策建议。 2008 年 5 月，施一公被邀请到中南海向国家副主席习近平和其他高层官员讨论中国科技的未来。教育部曾多次就相关事件征求他的意见，统战部将他与北京大学生命科学学院的海归院长饶毅的报告传达到高层中央领导，中组部在引进海外科学家方面倾听了他们的建议。 　　另一项让他不遗余力的工作，就是最大化施一公效应。 2009 年岁末，拟作为特邀报告人赴美国圣地亚哥出席华人生物学家大会的施一公，因故无法出席。他将一封致华人生物学家协会的长信发给了协会成员王小凡和利民，信末写道：最好的支持是以你们在美国坚守的职业道德标准为中国服务。 　　如今，虽然每天还是十分忙碌，但施一公对国内的生活已经很适应。最让他欣喜的是，去年 6 月，他迎来了归国的妻子与一双儿女，科研也走入正轨。 　　偶尔，他会想起这样一个场景： 2009 年 10 月 5 日，他在国庆观礼后飞至位于美国纽约长岛的冷泉港开会，会前顺访普林斯顿，住进小镇的一家旅馆里。 343 ，他惊诧地看着这个房间号，历史竟如此巧合。 12 年前，摩拳擦掌地准备到普林斯顿面试的他，就是住在这个旅馆的 343 房间。 12 年后，他已卖掉了在普林斯顿的房子，回到祖国实现理想。 　　每当想起这个情景，施一公就会更加清醒：美国梦已经成为过去，中国梦是他的未来。 　　尽全力为祖国健康工作三十年 　　 施一公 　　上个世纪八十年代 , 我在清华大学读本科。每天下午四点半 , 校园里就会准时响起锻炼身体 , 为祖国健康工作五十年的广播 , 令人振奋 ! 转眼二十多年过去了 , 经过在美国 18 年的学习工作和生活 , 我辞去了普林斯顿大学讲席教授的终身职位 , 全职全时回到母校清华大学工作。五十年可能已是奢谈 , 但我会尽力争取为祖国健康工作三十年。 　　对于我回国的决定 , 许多人困惑 , 但真正了解我的朋友都知道这不是一时心血来潮的决定。我的童年生长在河南中部农村 , 周围都是贫穷但朴实的农民。在美国 , 我的学习、工作顺利、生活富足 , 但我内心始终缺少归属感和认同感。 2006 年 5 月 , 清华大学党委书记陈希邀请我回到母校工作 , 我欣然答应 , 但需要一个过渡期来处理我在普林斯顿大学当时尚有 20 名研究人员的实验室。我接受和崇尚的是传统教育 , 家事国事天下事 , 事事关心 , 国家兴亡 , 匹夫有责。二十多年前的理想和梦想一直珍藏心中 , 在美国奋斗时也是对自己最好的激励。在回国工作的这段时间里 , 我在逐渐找回八十年代在清华读书时的振奋。我有三个目标 : 　　第一是希望影响一批年轻人。经常与国内一些大学生座谈 , 发觉其中有相当一些人顾及的只是眼前利益 , 而没有意识到自己的历史责任。人活一口气。年轻人代表中国的未来 , 他们应该有理想 , 有做大事的胆魄和敬业的态度。我希望自己不仅仅在实验室里指导研究 , 而且还特别愿意与年轻人交流谈心 , 希望他们树立远大的志向 , 不要熙熙攘攘只为稻粱谋。 　　我的第二个目标是在清华大学建立一个世界一流的结构生物学中心 , 同时与大家一起努力发展清华的生命科学和基础医学研究。结构生物学是我的研究方向 , 在这个领域里有许多具有重大科学意义及应用价值的课题。我非常希望吸引一批有能力有想法的年轻人 , 去挑战这些重大科学问题 , 做出在世界上有影响的工作。 　　我的第三个目标是希望与一批志同道合的朋友一起为改善和改进我国的科技和教育体制做些工作。中国改革开放三十年来取得了有目共睹的成就 , 但是我国的科技和教育体制还不完善 , 中国大学的科研和教学 , 相对于美国的一流大学还有相当大的差距。在生命科学领域 , 最杰出的年轻科学家在博士后研究结束之后绝大多数仍会选择美国的科研院所作为他们事业的始发地。我衷心希望大家通力合作 , 抓住时机 , 创造健康合理的学术环境 , 吸引最优秀的年轻人才回国发展 , 让中国的科学和技术走在世界前列 ! 施一公简介： 　　施一公，世界著名的结构生物学家。 1967 年生于河南郑州。 1985 年保送进入清华大学生物系， 1989 年提前一年毕业并获学士学位， 1990 年赴美留学。 1995 年获约翰霍普金斯大学生物物理博士学位。 1998 年 1 月获聘美国普林斯顿大学分子生物学系助理教授， 2001 年 10 月获得该校终身教职， 2003 年 3 月被聘为正教授， 2007 年 4 月受聘普林斯顿大学终身讲席教授。 2007 年被聘为教育部长江学者讲座教授。 2008 年 2 月至今，受聘清华大学教授。 2009 年，入选第一批千人计划。 2009 年 9 月 28 日起，任清华大学生命科学学院院长。 　　曾是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身教授和讲席教授。 2008 年 4 月，施一公入选美国著名的霍华德休斯医学中心（ HHMI ）研究员，但是为了全职在清华工作，他毅然辞去 HHMI 研究员的邀请。（入选 HHMI 被认为是生命科学领域的最高荣誉之一。） 　　施一公教授主要运用结构生物学的手段研究癌症发生和细胞调亡的分子机制，迄今发表学术论文百余篇，其中 25 篇发表于国际顶尖学术刊物《自然》 (Nature) ，《科学》 (Science) ，和《细胞》 (Cell) 。 　　施一公教授在 2003 年获国际蛋白学会（ ProteinSociety ）颁发的鄂文西格青年科学家奖，为 19 年来第一位获此殊荣的华裔科学家。施一公教授从 2005 至 2008 年担任华人生物学家协会（ ChineseBiologicalInvestigatorsSociety ）主席，该协会代表美国各大学近 3000 名华裔教授。 　　 施一公语录 　　我是很普通的人，最大的一个特点，就是好胜，上进心强。在旁人眼中我的经历一帆风顺，或者有高人相助，让我可一路顺利走到今日，其实在这过程中，也有艰辛和挣扎。在面临选择时，不同的人生道路也许就在一念之间。曾经我也去北大上国际经济金融之类的课程，也在清华校内参加公关协会，大学时我的第一志向不是出国而是去香港。在美国霍普金斯大学时，因为生活所迫打工 6 个月疏于学习差点被开除，打工时被抢劫几乎送命，过于辛劳得了严重高血压，那时我经历苦涩难述，迷茫不知出路，但我总相信天生我才必有用。我相信这个世界上总有属于我的能让做好的事业。在这一路中，我始终以不同的方式提醒自己，不可辜负别人对自己的期望和信任。 　　年青人该做诚实的学问、做正直的人，不要急功近利。过分看重应用，其实扼杀了一部分人的创造力。我觉得中国这样的泱泱大国，应该有一个学术环境，让一些年轻人真正有创见地做一些工作。 　　科学是高尚的，但科学家不一定就高尚，大家千万不要把这两个概念混淆、把科学家神化了。 　　对名利的追求同样可以作为科学的动力，为什么一定要探索未知才是科学的动力呢？ 　　在大学这个本应该思想最活跃、最富有创造力的地方，如今的教育在管理上一刀切，严重阻碍了学生创造力的培养。 　　无私奉献这个词，我从来不要求自己这样，也不要求周围的人这样。对个人利益的追求，跟对这个国家、对社会的贡献，是可以放在一起的。 　　在中国，一个好的政治家对国家的影响大于科学家。但从长期、从更广泛的地域来看，真正好的科学家产生的影响，比政治家要持久得多，比如牛顿，比如爱因斯坦。 　　 他人眼中的施一公 　　在海外华人生命科学界，施一公是一个有相当影响力的人物。 　　美国国家卫生研究院儿童健康和人类发展研究所的神经科学家鲁白这样评价施一公：他在国际学术界的水平和地位可以和当年的华罗庚、张香桐相提并论，是一个领军人物。领军人物除了具有相当的学术成就和国际地位之外，还有几个非常重要的素质：第一，能够高瞻远瞩，并在学术领域和科学文化、教育的发展方向具有远见卓识；第二，有相当的胆识和勇气敢做一些开创性的工作；第三，他必须要有强烈的个人魅力，在一个群体和社团里面，要相当有号召力。施一公具有这三方面的条件。 　　杜克大学药理系教授王小凡这样评价他的老友：他是一个非常认真的科学家，在科学研究当中无论做什么事情，他都有要做到最好的决心；他为人正直善良，嫉恶如仇；他对人非常诚恳，总是很热情；他做事顾全大局 　　 75 岁的分子生物物理学家梁栋材院士谈到施一公时说：他是当前我国结构生物学优秀的中青年帅才之一。 　　正因为如此，施一公的回国，超越了他的个人行为，将对推动中国生命科学事业的发展起到重大的作用。他这个年龄，学术上鲜有人能和他相比。他回国放弃了很多，大家觉得他带了一个好头，都非常佩服他的决心。王小凡说。 　　北京大学生命科学院院长饶毅说，改革开放 30 多年来，在我国留美的几十万人中，学术成就达到施一公的水平的人屈指可数。他为了回国，放弃了高额度的 HHMI 研究经费和多项 NIH 经费。从这个意义上说，他是为了回国放弃国外待遇最多的人。 　　王小凡说，在美国的华人科学界，通常存在这样一个疑问，就是像他这样级别的人回国，能否适应中国的人文环境与科学研究的体制。因为美国和中国在科研体制方面都存在相当大的不同。改革开放以来，中国在国外已经积累了这么多年轻有为的学者和专家，他们当中有很多人都是有报国的决心的，但就是因为担心回国是否能够适应国内的环境和生活，一直没有回国。大家希望，施一公在适应中国国情的同时，能够促进中国学术界种种不适应科学发展状况的改善，营造一个更加有利于科学发展的环境。当然施一公也面临很多问题，这对他是一个不小的挑战。他如果能够成功，对我们而言就是一个榜样。王小凡强调。 　　鲁白说，施一公这样的领军人物，是要花大力气来延揽的，因为这是全世界都在竞争的人物。中国的崛起，已经到了这样一个程度，可以使施一公这样大师级的人物能够放弃在美国优厚的科研环境，回国创业。有了这件事情，国际的科学界会觉得整个形势都改变了，美国对于中国的看法和态度也会有所改变。清华能够顺利引进施一公全时回来工作，是一个非常了不起的成就。领军人物对于当代的作用以及对于历史的作用都是不可估量的。鲁白强调。 　　梁栋材院士谈到施一公回国后的工作时特别强调：不仅在资金经费上，也在精神上能稳定地支持他，使得他能够静下心来扎扎实实地工作，十年磨一剑。
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周日下午和费加罗的婚礼
tsrabbit 2010-5-2 22:36
(转载自个人MSN空间) 错过了今天下午Grenoble中国留学生联合会去Vizille踏青的班车，但也不是那么遗憾：本周天气时阴时雨，直到现在也见不着什么阳光，从周五开始的感冒也还未完全痊愈，静养或许比去郊外吹风对身体更有好处。于是便回公寓窝着，在deezer上听着《费加罗的婚礼》，顺便给好久好久好久没有更新过的space除除草。 一眨眼的功夫，来欧洲读书也有三年多了。于是这段时间就老想着总结一下，想弄清楚自己这三年来究竟都忙了些什么，抑或究竟是为了什么在忙活。 到目前为止，对自己的生活还算满意，对学术的热情还是满满，没有持续高涨但也没有消退的迹象。过了三年多几乎没有周末和没有节假日的求学生活，竟不觉得厌倦，反而很是享受这种静心做学问的感觉。在EMBL两年半（一年硕士毕业论文，一年半博士课题）的时间里也攒了好几篇文章，应该够毕业和找博士后的了。但压力还在，不是来自外部，还是自己对自己现在的状态不甚满意。 我在过去两年半的时间里花费了太多太多的时间在实验台前，所阅读的科研文献也多为对实验方法学的论述。设计和实践实验计划的时候过于侧重实验的技术层面，对于实验结果的生物学意义却并未给予足够的重视。当然，这和我博士课题的内容有关，此外，结构生物学本身也的确是非常侧重实验技术的学科。我所担心的只是，如果自己无法在剩下的博士课题期间改变这一现状的话，迟早会在科研生涯中遇到难以逾越的瓶颈。 举例而言，我个人觉得，对于结构生物学家来说，在实验台前工作所需要的最关键的两项技术应该首推分子克隆和蛋白表达及纯化。分子克隆和蛋白表达都牵涉到利用大肠杆菌，昆虫细胞抑或其他宿主来生产外源的质粒和蛋白。换而言之，也就是我们利用分子生物学技术来让这些体外培养的细胞来替我们合成它们在自然状态下并不需要的生物大分子。这种额外的负担必然会对这些细胞本身的正常生理活动产生或多或少的干扰，只是在多数条件下这种负担是在细胞可以承受的限度之内，所以它们可以在维持自己正常传代的前提下，同时也过量生产我们所希望获得的质粒或蛋白。这也是为什么很多结构生物学工作者并不需要了解太多这些宿主细胞的生理过程，却一样可以顺利获得过量重组蛋白的原因。简而言之就是：质粒进去，蛋白出来。照着已经建立好的实验指导（protocol）一步步往下做，克隆质粒和表达蛋白，看似并不是什么难事。 但是，在某些特殊情况下，比如说在需要克隆大分子量质粒（20kbp）和表达大分子量蛋白（1MDa）的情况下，负荷过重的宿主细胞往往不能像我们所预期的那样顺利生产我们所需要的质粒和蛋白分子（当然具体情况还要复杂的多，比如翻译后修饰等）。我在去年年底就被质粒在克隆中持续丢失特定DNA片段的问题所困扰。在尝试了多种不同菌株和vector之后才发现症结在于我之前一直尝试的是高copynumber的vector和普通菌株。在这种情形下，如果质粒所携带的基因具有某些敏感片段的话，那么它在大肠杆菌内被复制的期间就容易通过同源重组这一过程而失去部分DNA片段。这一问题其实在经典的质粒生物学论著中早有提及，只是我自己一直并不以为意。只要实验出结果，什么都好。直到遇到无法解决的问题后才回头去故纸堆里找文献读，才恍然发现自己之前都一直把问题想得过于简单。 我相信自己在今后的实验生涯中一定还会持续遇到类似的情况，所以从现在开始，少花一点时间在实验台前瞎忙活，多花一点时间回头读一些这方面的经典文献和论著，大概还可以亡羊补牢。我之前所犯的错误就是把大肠杆菌这类常用的宿主细胞给工具化了，却很少考虑到它们也是独立的生物活体，以及它们自身基因组构成，和正常生理过程对表达外源质粒或蛋白所带来的可能的影响。 写到这里，想起三年前，自己在开始硕士毕业论文课题的时候问过导师：好的科学工作者的标准是什么？导师的回答很简单：一个好的科学工作者应该知道他/她自己究竟在做些什么。我想自己还远没有达到这个标准，因为我时常在以为自己已经洞悉一切的时候，才突然发现自己对很多问题的理解其实都只是冰山一角而已。 把今天的这点感想写在这里，也算是对自己的鞭策。要弄明白自己究竟在研究什么东西，大概从来就不是一件直截了当的事情，但至少我会一直持续往这个方向努力。
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[转载]重点关注高危害的蛋白质
helmholtz 2009-12-20 19:55
结构生物学为艾滋病毒感染及阿尔茨海默病提供了新的治疗路线 2009年11月17日于利希消息 -有害蛋白质是如何在人体内运转的？它们是如何产生的？于利希和杜塞尔多夫的科学家多年来精诚合作，希望通过结构生物学找出问题的答案。他们的重点是：操纵病毒增殖的病毒蛋白，以及被怀疑导致典型老年痴呆症的蛋白质有毒聚集物 - 阿尔茨海默病淀粉样蛋白。借助一台新的900 MHz的核磁共振谱仪，科学家能够逐个原子地分析蛋白质的架构并更准确地分析它们在人体内的作用。 蛋白质是所有细胞的基本组成单元 - 因此对生命至关重要。但是也存在能危害生命的蛋白质：比如病毒中的蛋白质可以影响病原体扩散以及感染的严重程度。在阿尔茨海默痴呆症患者身上，会从人体自身蛋白质产生有毒聚集物，这些有毒聚集物损伤大脑神经细胞并因此被猜测是诱致典型阿尔茨海默病症状的元凶。 在“生物分子核磁共振中心”，杜塞尔多夫海因里希．海涅大学和亥姆霍兹联合会所属于利希研究中心的科学家们，自2005年起陆续解码了参与引发各种感染以及造成神经退行性疾病的多种复杂蛋白质的形态及作用。科研人员的下一步目标是开拓基础研究的新途径，以期开发出治疗艾滋病毒感染和老年痴呆的新疗法。科研人员已经发现了一种物质，具有特别的老年性痴呆治疗作用。目前人们正在进一步研究这种极有前途的药用成分的作用渠道。对于象艾滋病病毒这类具有高突变率的病毒，他们也正在研究一种新的治疗办法，“分子屏蔽法”，它可以有效防止这类病毒象往常那样很快出现耐药性。 这套新的大型仪器给科学家帮了大忙，用它可以更精细地分析蛋白质。前不久他们在于利希园区用上了杜塞尔多夫大学所有的900兆赫核磁共振谱仪。光是这套仪器的技术指标就已经给人深刻印象了，更加叹为称奇的还是它的核心件：一个具有21.1特斯拉超强磁场的超导电磁铁，相当于地磁场强度40万倍。作为全球同类设备中最强大也最敏感的仪器之一，这套测量设备可以提供关于蛋白质形态外观以及其在人体内的功能的更准确的信息。 这套900MHz核磁共振设备的资金来自于德国科学基金会、北莱茵威斯特法伦州和杜塞尔多夫海因里希．海涅大学。于利希研究中心为此设备提供了所需的新的专用建筑，也承担设备的运行开支。 “合作是今后科研工作的关键概念：未来属于科研协作”，于利希研究中心董事会主席阿希姆．巴赫姆教授说。“在生物分子核磁共振中心的密切合作以及座落在于利希园区的杜塞尔多夫大学的核磁共振设备都是极佳的范例，说明我们正在坚定地走在这条正确的道路上。” 杜塞尔多夫大学副校长卢茨．施密特教授补充说：“在生物分子核磁共振中心，我们将科研人员们提供了一个无可匹敌的基础设施，另外我们也将自身的科研优势与跨学科的人才培养相结合，例如，我们开设了亥姆霍兹国际BioSoft博士研究学院以及北威州BioStruct研究学院。” 生物分子核磁共振中心负责人，分别在杜塞尔多夫和于利希各领导着一个研究所的迪特尔．维尔博尔德 ( Dieter Willbold ) 教授更是对采用本设备的研究感到十分兴奋：“我们希望进一步开发包括‘分子屏蔽’在内的各种新的抗病毒战略，最后比方说可以用于艾滋病的治疗。” 研究人员采用的这种新的方法并是直接抵御病毒，而是 通过一个特殊的 分子保护人体的蛋白质免受病毒蛋白质的攻击。 “艾滋病病毒的变化非常迅速，很快就会对直接作用于病毒蛋白的药物产生抗药性。所以我们采用另一个办法绕开问题，不再是直接针对病毒蛋白，而是在人体蛋白的受攻击处实施屏蔽保护。” 这套新设备还将有助于了解一种具有阿尔茨海默病药用疗效的活性物质的作用机制以及深度开发。
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核磁共振与蛋白质结构
yaqiangwang 2009-12-13 02:52
对于小于30 kDa的蛋白质，常规的核磁共振可以解出其结构。 前提条件是，可以得到mM级的样品，并且是13C，15N双标记的。 backbone的归属一般用 15N-HSQC HNCACB CACBCONH 顺利的话一、两个星期可以归属完。 资料来源于 http://bbs.chinanmr.cn http://wiki.chinanmr.cn
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It's all a bit dreamy（纪念自己的第一篇学术论文）
tsrabbit 2009-5-4 09:15
转载自个人MSN空间 (First, Nenad, are you wondering where does the title come from? And yes, you are right; I stole this from the legend of one of your photos :P) Automated unrestricted multigene recombineering for multiprotein complex production Nature Methods Published online: 3 May 2009 | doi:10.1038/nmeth.1326 http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/abs/nmeth.1326.html Its my first scientific publication (containing the results of one of my master thesis projects), and its also an important assurance for me: as a student who majored in theoretical physics in my college and biological physics in my master program. I struggled for at least 4 years in order to enter a molecular and structural biology lab as a PhD student. If I count from my unsuccessful application to the biology department of my college (Fudan University, Shanghai), then it is 7 years. (In brief, the biology department of my college was my first choice at that time, but my grade was not good enough to reach their requirements (even though I ended as 7th in the national high school biology contest among students from Shanghai), so finally I went to physics department, which was my second choice). During these 7 years in the physics department, I was tempted by biology all the time. Now I am more confident that I might be able to become a structural biologist or biophysicist as I always want. But there are still many uncertainties which bug me continuously. I still remember clearly that I broke a 2L Erlenmeyer at the very first day that I started in EMBL as a diploma student; and I guess this shocked my supervisor quite a bit :P . In the first two months of my thesis project, I tried very hard just for making cleaner minipreps or prepare usable chemical competent cells. Currently, after spending about one year and a half in the field of molecular structural biology, I have some experiences in molecular cloning and protein expression in insect cells, but I still lack the very basic knowledge of protein biochemistry and crystallography (my physics is really rusty now), and this worries me all the time. I know if I work as a maniac and do my experiments strictly following the instructions of my supervisor and well-established protocols, then there are always certain probabilities that things might work. But I am also annoyed by the fact that I know very little about the mechanisms lying behind all these biochemical and biophysical techniques that we are using in the lab everyday. If I keep working like this I might just end up as a good benchworker. And it seems totally impossible for me to find the balance between bench work, literature reading, and scientific writing. My unsecured feeling even became a little bit stronger after the advance online publication of this paper. I think I am just too paranoid sometimes I know I am really lucky and I am very grateful to my supervisor and colleagues for their kind help and suggestion during my thesis projects. I know that I wouldnt be able to achieve anything without their helps. And I am also very lucky in the sense that this project is very methodology oriented; it probably made my life much easier as a diploma student with no previous experience in molecular biology. Now I am slowly entering the protein world from the DNA world that I am more familiar with. New experiences will be accumulated and new barriers will need to be conquered. The feeling as a newbie in the lab begins againBut I have to carry on since the road leading to more profound understanding of the biological system is an endless adventure for me and as what I just mentioned: I am tempted by biology, the science of life and of living organisms, all the time.
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促使我选择结构生物学的一篇文章
热度 1 木木成林 2008-12-21 11:51
按：下文是邹先生1995年发表在基础科学上的一篇杂志。他在文中不仅描述了结构生物学的发展，也梳理了当时整个生命科学的发展状况。他认为 ，几乎每一个重要蛋白质高分辨率结构的测定，都从分子水平上阐明了一项基本生命现象。 我们对许多生命现象的分子基础还很不了解，这也提出了对结构生物学的需求。邹先生认为结构生物学将走向功能复合物及动态结构测定，这在今天仍然是有价值的建议。 结构生物学的时代已经开始 邹承鲁 过去一些年来，英国《自然》杂志每年l1月召开一次分子生物学国际学术会议，讨论生物学领域内这一最重要的学科一年来的最新动态。但是1993年的国际学术讨论会的主题为结构生物学，会上曾任哈佛大学和麻省理工学院教授，现为美国布兰代斯(Brandeis)大学教授的皮特斯科(Pelsk0)宣称结构生物学的时代已经开始。 结构生物学的迅速兴起和发展，使它在近年来的分子生物学研究中已经占据了主流的地位，并且毫无疑问地已成为生物学各前沿领域的基石。虽然结构生物学名称的提出已经有25年，但结构生物学时代的真正形成不过是近几年的事 突出的标志是多种新的国际性的结构生物学专业刊物的创刊。近四年来至少已经有五种新的结构生物学专业期刊，它们是：《J-Structural Biology》(1990)、《Currunt Opinions Structural Biology》(1991)、{MacroMolecular Structure 》(1991)、《Structure 》(1993)，以及由《Nature》1993年特别增加的《Structural Biology》专刊。特别值得注意的是已有几十年历史的《J．Structural 8iology》的几次更名 这份杂志创刊时的刊名是《J．UItrastructure》，主要发表用电子显微镜观察生物体结构的研究论文，后来随着分子生物学成为生物学的主流，1972年更名为《J．Molecular Structure Resea rch》，1990年又改为现名。应该说该刊三次改名在一定程度上反映了整个生物学发展的动向。除上述专业刊物外，另外一些重要的新刊物虽然不直接用结构生物学为名，但内容也是结构生物学的，如《Protein science》、《Biological Macromolecules，St ructure and Dynam ics》、《Protein，Structure，Function and Genetics》等。结构生物学的内容从上述几种主要结构生物学期刊论文内容分析，大部分(约70 )是从蛋白质结构(主要是三维结构)分析阐明其生物学功能。如果说，生物大分子研究的主流5o年代从蛋白质转向核酸，那么现在可以说又从核酸转回蛋白质了。 《Current Biology》是1991年出版的介绍生物学领域内最新成就和观点的刊物。它分六个分支领域：细胞生物学(细胞骨架)、免疫学、神经生物学(信息机制)、生物技术、遗传与发育和结构生物学。值得注意的是六个最重要的分支学科已不包括分子生物学，但是不仅是遗传与发育，所有其他分支实际上都包含分子生物学的内容，并且都离不开结构生物学的影响。结构生物学分册目前包括下面十二个专题：蛋白质一核酸相互作用、折叠与结合、大分子组装、理论与模拟、核酸、序列与拓朴学、脂质膜蛋白、工程与设计、糖及多糖、生物方法、蛋白质、催化与调节。 由此，可以看出， 结构生物学是以生物大分子结构及其运动的测定为基础来阐明生命现象的科学。 它一直是分子生物学的重要组成部分，只是近年来才飞速发展成为分子生物学的前沿和主流；并且从当前发展趋势来看必将取代分子生物学的位置，成为整个生命科学的前沿和带头学科。 结构生物学与整个生命科学发展的关系 有人认为，如果前一段时间，生物学的特征是强调分析的话，当今应该是从分析重新走向综合的时代了。我认为，分析和综合不是对立的，而是相辅相成的，又是不可分割的。实际上，为彻底揭示生命活动本质的分析研究现在还远远没有完成使命， 我们对许许多多生命现象的分子基础还很不了解，因此对生命物质的结构分析，特别是分子乃至原子水平的分析和结构运动的分析，还须大大加强、深人和提高。 当然，在分析的基础上也要不断综合，去发现在高一级结构水平上的生命活动规律，但综合必需有结构基础。现在大分子组装体的结构与功能既是结构生物学的重要内容，也正是走向综合的重要的一步。 神经生物学和细胞生物学所以出现今天这样蓬勃的生气盎然的局面，完全是因为注入了分子生物学这一新鲜血液。今后生物物理学的各个领域的研究也一定会因为共享结构生物学的最新成果而作出自己的新贡献。生物膜与细胞内跨膜信息传递，基因结构与基因调控，生物能的产生、传递和作用，神经网络的结构功能，直至感情、学习、记忆这种最高级的生命运动形式都需要，也只有结构生物学水平上的研究才可能最终阐明它们的本质。离子通道和神经递质受体结构研究已给神经生物学带来了全新的面貌，作为现代生物学热点的神经生物学已经不是传统的神经生物学，而是建立在分子生物学，特别是结构生物学基础上的神经生物学了。 1．蛋白质是生命活动的主要承担者 一切生命活动，如生长、运动、呼吸、免疫、消化、光合作用，以及对外界环境变化的感觉并作出必要的反应等，都必须依靠蛋白质来实现。新陈代谢是生命活动的主要特征，而构成新陈代谢的所有化学变化都是在酶的催化之下进行的，除最近发现的极少数具有催化功能的核糖核酸以外，所有的酶都是蛋白质。 虽然遗传信息的携带者是核酸，但遗传信息的传递和表达不仅仍然是在酶的催化之下，并且也是在蛋白质的调节控制之下进行的。 每一个蛋白质都有它自己的一定的氨基酸序列和一定的空间结构 50年代中，胰岛素分子的氨基酸序列及二硫键连接方式的阐明，是蛋白质一级结构测定的开始 4O年来氨基酸序列被测定的蛋白质已有6万个。蛋白质分子，除有以氨基酸组成的并有一定顺序的肽链结构以外，还具有肽链在空间的卷曲折叠而形成的三维空间结构。第一个被测定空间结构的蛋白是肌红蛋白。只有处在特定的三维结构中的蛋白质分子才是能够发挥生物功能的活性蛋白。因此，即使肽链的氨基酸序列不变，只要空间结构被破坏，就会导致蛋白质功能的丧失。蛋白质在肽链保持完整条件下空间结构的破坏称为蛋白质的变性。这一概念是我国科学家吴宪在3O年代初根据他在国内的工作首先提出来的，长期来被国际上广泛接受。 预计在未来不太短的时间内，X射线晶体衍射仍然是蛋白质空间结构测定的主要方法。美国蛋白质数据库存人的结构，十年前是1Oo个左右，一年前则是1 500个，现在是2 500个，也就是说结构测定的速度已达到平均每天超过一个的水平。 几乎每一个重要蛋白质高分辨率结构的测定，都从分子水平上阐明了一项基本生命现象。 但是，这些结构已被测定的蛋白质，只不过是自然界数以百万计的蛋白质中的微不足道的部分。在结构研究领域内，近2O年来发展起来的二维核磁共振方法已经显示了它对蛋白质在溶液中的空间结构和运动状态方面研究的优势，现已解出了上百个较小蛋白质的结构，也许在不远的将来还会为生物大分子空间结构测定带来又一次突破。 结构与功能关系的研究，一直是蛋白质研究的核心问题之一。过去最常用的方法是用化学方法修饰蛋白质的侧链基团，以观察对蛋白质生物活性的影响。现在，体外基因突变技术，特别是定点突变的发明，可以任意改变蛋白质分子中的氨基酸残基，以观察其对生物功能的影响。另一个重要的问题是蛋白质空间结构与其生物活性的关系，这是近年来发展最为迅速的领域，也是结构生物学的核心。我们新近的研究结果指出，空间结构对酶的功能至关重要，即使极其细微的扰乱也会导致酶活力的丧失。但是，蛋白质分子并不是一个刚性分子，它的空间结构在一定程度上是在不断运动之中，即使在晶体状态下运动也不停止。实际上，蛋白质的功能不仅与分子结构本身密切相关，而且必须依赖于结构的这种运动性能。酶分子活性部位的一定程度的柔性，亦即可运动性，正是酶充分发挥其催化功能所必需的。 经过多年的研究，遗传信息由DNA到RNA再到多肽链的合成过程已经基本清楚。 需要进一步搞清的问题是，这一过程是怎样得到调节控制的。 这不但是细胞发育分化的基础，也和生物体与各种环境因素的相互作用以及疾病的发生有密切关系。现在看来调节主要发生在转录阶段，通过某些特定蛋白质与DNA 的结合，从而控制信使RNA的合成。核小体中组蛋白与DNA的结合已被阐明；一些转录调节蛋白，如亮氨酸拉链蛋白与DNA 的结合方式也已得到高分辨率的结构；其他转录调节蛋白DNA复合物结构正在不断解出，这都将使转录调节在分子水平上得到阐明。另一个需要进一步搞清的问题是， 以一定氨基酸顺序排列的多肽链怎样折叠成有一定空间结构的蛋白质。 这是分子生物学中心法则目前还完全没有解决的两大问题。除实验研究外，从理论上，如何根据蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质空间结构，也是一个受到广泛重视的研究方向。 与蛋白质相比，核酸的三维结构测定慢得多，主要是因为难以得到晶体。目前进入数据库的DNA结构尚不到200个，现在主要的兴趣在核酸与蛋白复合物的结构。但核酸一级结构测定已有突破，预计2005年，甚至更早一点的时间就可以完成人基因组DNA全序列的测定。 2．膜结构是生物体的基本结构之一 除细胞的外周膜之外，细胞内还有多种功能各不相同的膜结构。膜主要由磷脂和蛋白质组成，代谢活动旺盛的膜，如线粒体膜，蛋白是主要成分；相反，如神经细胞的外周膜，则以磷脂为主要成分。由于磷脂是以甘油、脂肪酸酯和磷酸酯组成，因此既有脂溶性部分，也有水溶性部分。它在水溶液中的稳定结构是以脂溶性部分向内，水溶性部分向外的双层结构，这也是膜的基本结构。膜中的蛋白，有的完全结合在膜的表面；有的穿透整个膜的双层；有的部分在膜的内部，部分暴露在表面；还有一些镶嵌在膜的内部。此外，膜结构上有时还有少量的糖和RNA。现已知道，糖在细胞间的识别及信息传递中起重要作用，糖蛋白结构的重要性正在开始受到重视。可以说，糖是生物大分子领地上最后的一块刚开始开垦的神秘的土地。 许多极为重要的生命活动都与膜结构紧密相关。能量转换是生命活动的根本需要，无论是动物从食物的氧化中通过氧化磷酸化作用获得能量，还是植物从光能通过光合磷酸化作用取得能量，都是与膜，即线粒体膜和叶绿体膜的作用相关联。第一个捕光蛋白复合体结构已被解出，使我们对光能转换机制开始有所了解；最近解出的质子交换ATP酶的结构使能量转换机制的阐明又前进了一大步。也是因为膜蛋白结晶的困难，全面了解各种膜蛋白的结构和功能还需要一段艰巨的努力。为了完成一个完整细胞所有的复杂功能，细胞内部有多种以膜包围而与细胞浆相对隔离的小体，即细胞器。每一种细胞器都有其相对独立的、特定的功能。例如，细胞核含有担负遗传功能的染色体，它为核膜所包围，以保持染色体的相对独立性和稳定性；溶酶体含有多种水解酶，仅在特定情况下发挥其功能，如果不被膜结构保护，将会无控制地破坏细胞的蛋白质等重要物质而导致细胞死亡。 近年来对于膜研究的极大重视，主要是来自细胞与其周围环境的相互作用。由于膜外层的亲水和内层的疏水性质，一般物质是不能自由通过细胞膜的，这就保护了细胞内部环境的相对稳定性，尽管外部环境不断变化，细胞活动不会受过多的影响。但是，细胞又需要不断与外部环境进行相互作用。对单细胞生物，必须通过其外周膜，有选择地吸取外界的营养物质，排斥外界的有害物质使其不能进入细胞内，还要通过外周膜接受外界传来的信息，调整自己的生命活动以适应环境的变化。对多细胞的高等生物而言，除上述各种活动外，还有细胞间的物质交换和信息传递。这些重要的生命活动，都要通过外周膜上的蛋白质(其中不少是糖蛋白)才能进行。细胞生物学和神经生物学领域内的许多重要问题都和膜一蛋白体系有密切关系。 3．从分子水平和结构与功能角度认识细胞内外和细胞间的信息传递 细胞的信息传递是通过细胞表面的一类被称为受体的蛋白进行的。现在知道，激素、神经递质、细胞生长因子和分化因子，以及某些药物等，都首先通过它们与细胞表面的特异受体蛋白结合，然后通过结合所引起的一系列的变化，把信息传递到细胞内部，最终造成细胞对信息的反应。动物的感知行为也必须通过受体才能实现。受体蛋白的空间结构测定也面临通道蛋白同样的困难，但由cDNA序列推断的氨基酸序列也已经对受体作用，因而对激素作用、神经传导和细胞间信息传递等取得了不少宝贵的资料。现在知道信息传递有多条途径，其中G 蛋白的研究成果获1994年诺贝尔生理学奖。这种蛋白在得到受体的信息后能与鸟三磷(GTP)结合，因此称为G 蛋白，然后通过不同的第二信使把信息传递到细胞内。它是细胞信息传递过程中的一个关键环节。因此G 蛋白在细胞生长调节等方面有重要作用。癌细胞生长失调也与此有关。癌基因ros所编码的蛋白质也是一种G 蛋白。 细胞学的基本知识早就告诉我们，所有细胞的分裂都有一个周期。直到现在，我们才从分子水平认识到细胞是如何控制其分裂周期的。一种可以称之为周期蛋白的物质在细胞内的浓度发生着周期性的变化，它的不断合成使其浓度不断增加，在细胞分裂之前达到高峰。周期蛋白活化了细胞内的蛋白激酶，后者活力的升高所引起的一系列化学变化会最终导致细胞分裂。在细胞分裂时，周期蛋白则迅速被水解，浓度下降；在子细胞中周期蛋白又重新合成并积累，这样开始下一个周期。控制这个周期的分子机制，在从酵母到人的细胞中是完全一致的，说明生命活动在分子水平上的高度一致性。周期蛋白结构的解出必将使我们对细胞分裂有更深人的认识。 一个单一的受精卵细胞怎样在发育过程中逐渐分化成为一个由千千万万不同类型和不同功能的细胞组成的成熟个体，一直是细胞学研究的核心问题之一，也是发育生物学的中心内容。现在知道细胞的分化也是由基因决定的，是在一类决定细胞分化信息的由基因编码的蛋白质的控制之下的。例 如，编码控制果蝇复眼细胞分化的有关蛋白的基因已被分离，DNA序列测定的结果表明，它和癌基因有类似的特点，它所编码的蛋白质是一个膜蛋白，与某些生长因子受体结构相似，很可能具有酪氨酸蛋白激酶的活性。细胞发育分化的研究实际上已经是基因调控的分子生物学研究，而如前所述基因调控的分子生物学研究基础仍然是结构生物学。 在神经生物学领域中，神经细胞中信息的存储和组织以及神经细胞间信息传递的研究，现在都已进入了分子水平。以电生理学而言，脑组织中的电流活动与膜的离子通道密切相关。即使是象钠离子那样的普通物质，也必须通过跨膜的、有一定结构的钠离子通道蛋白才能出入细胞。通道蛋白大体上可分为配体控制(如乙酰胆碱受体)和电压控制(如钠离子通道蛋白)两大类，它们都具有特定的专一性。因此钾、钠离子出人细胞各有其自己的特有的通道蛋白，二者不能通用。钠离子虽然较小，却不能利用钾离子通道。这是因为钾离子与其通道蛋白配位结合后引起通道蛋白空间结构的变化造成钾离子的通过，而钠离子正因为太小，配位结合后不足以引起通道蛋白的空间结构变化，所以反而不能通过。这两种离子通道蛋白的氨基酸序列现已清楚．但由于膜蛋白结晶的特殊困难，空间结构尚未解出。其他不少通道蛋白的编码基因DNA序列，以及由此得到的蛋白序列已经测定，在膜上的结构与其作为离子通道的功能关系也已有一定了解。 动物一般有极强的感觉能力，这是动物生存所不可缺少的，也是神经生物学研究的重要内容之一。例如．某些动物感知气味的灵敏度可高达l0-12 ，并能分辨化学物质的光学异构体。现在这些现象已经从分子水平开始得到阐明。视觉、味觉和嗅觉等都有自己的受体，这些受体也都是蛋白质。这些受体蛋白质不但有极高的专一性．并且以极高的亲和力与配体结合，这就是生物体感觉的分辨力和灵敏度的分子结构基础。 大脑的研究也许是神经生物学领域中最复杂的问题了。思维、感情、学习、记忆都是大脑的活动，不少人认为它将是21世纪最活跃的研究领域，现在也已开始进人分子生物学研究的范围。我相信2l世纪大脑研究将有突破性的进展，并且最主要的进展必将从分子水平上取得。人的大脑可能含有10010 个突触接点，其物质基础仍然离不开受体蛋白。正是这些突触接点的连接组织方式决定了人脑的活动。记忆的基础可能与突触接点连接组织方式的改变有关，某些蛋白质的磷酸化能对突触接点的加强或减弱起调节作用，从而影响突触的连接组织方式。 虽然膜蛋白的重要性如上所述已毋庸置疑，但膜蛋白的结构测定，仍然远远落后于一般蛋白质的结构测定，在已知结构的2 478个蛋白质中仅有6个膜蛋白。无疑，膜蛋白结构测定的突破一定会给整个生物学的前进开辟全新的广阔领域。 结构生物学的新目标 如果说空间结构测定已经有40年的历史，那么 今天的结构生物学已经完全超越单纯空间结构测定的本身，而是直接瞄准待测结构的生物大分子的功能，储准那些与功能紧密联系在一起的生物大分子复合物的结构， 如酶与底物(DNA 聚合酶一DNA)、酶与抑制剂 、激素与受体(人生长激素与其受体)、抗原与抗体(流感病毒神经氨酶一单克隆抗体)、DNA 与其结合蛋白(Lambda阻抑蛋白与操纵子．TATA box与其结合蛋白)等。进一步的目标又提高到由许多生物大分子组成的极其复杂的大分子组装体的结构(macromolecular assembly)，如组成细胞骨架的微管系统(microtubules)、病毒与抗体复合物、由200多种不同的蛋白质组成的细菌鞭毛(flagel Jo)、含有lO0多种蛋白的细胞核膜孔、由组蛋白和DNA组成的核小体、由6O个不同的蛋白质分子和3条RNA链组成的分子量高达230万的核糖体等。其中核糖体大亚基的分析已达2．9埃分辨率，是当前X射线晶体结构分析的一个突破。如果说早期如溶菌酶与其抑制剂(NAG)3复合物结构分析为揭示酶的作用机制 提供了重要信息，随后紫菌光合作用中心三维结构的解析又为阐明光合作用机理以及膜蛋白的空间结构分析铺设了道路，那么现在DNA 聚合酶一DNA、人生长激素与其受体、TATA box与其结合蛋白、核小体、核糖体等复合物结构的阐明则为DNA复制、激素作用、基因调控、遗传信息转录翻译和光合作用等重要生命活动的分子机理又提供了关键的信息。今后对生物大分子发挥生物功能认识上的突破还要依赖于这些相互作用的大分子复合物的结构细节的阐明。 结构生物学的另一特点是 不再满足于静态结构的测定，而追求与生物大分子发挥生物功能相伴随的动态的结构的变化 。生物大分子及其复合体的结构不是刚性的，而是有柔性的，存在着在不同层次的不同自由度的运动，它们是生物大分子发挥生物功能的基础和条件。另一方面，生物大分子发挥功能的过程就是和其他分子相互作用的过程，也是构像变化的过程．因此生命的结构必然是运动的结构，结构分析也必须分析结构的运动。X射线晶体结构分析正努力在第四维时间坐标上跟踪、分辨和描述生物大分子的结构变化．即所谓四维结构测定。由于同步辐射所提供的X射线光源可以达到很高强度．因而可以在以秒计的时间范围收集一套完整的衍射数据，使得在以秒计的时间范围内的结构动态测定成为可能。但X射线分析毕竟受收集衍射数据所需时间的限制，目前核磁共振(NMR)方法应该还是测定生物大分子动态结构的最佳手段；尤其在蛋白质折叠的研究中，NMR是当前捕捉和鉴定折叠中间物的产生、结构和演变最有效的手段，但是它所能测定的蛋白质的分子量目前还只在2～ 3万道尔顿的水平。 当今学科的交叉和融合已经成为科学发展的必然趋势。生物物理学和分子生物学、生物化学等姐妹学科之间现在已经不能划出明确的界线，也已经不存在什么纯粹的生物物理学、纯粹的分子生物学、纯粹的生物化学等。 生命科学的每一分枝无一不在运用分子生物学的概念和技术，并且无一不在逐步走向结构生物学， 而分子生物学和结构生物学诞生本身又是得益于物理学的成就。再举一个例子，看看国际上是如何看待生物物理学和生物化学的关系的。在l993年布达佩斯国际生物物理学大会的五个大会报告中四个是关于蛋白质结构研究的，唯一的从表面上看似乎是非蛋白质的大会报告，是El本大阪SANGYO 大学信息系统工程系的义泽(Yoshizawc1)教授作的颜色视觉分子基础，显然这是神经生物学的内容，但它的基本实验是测定鸡的各种视锥色素蛋白和壁虎的两种视觉色素蛋白的氨基酸序列，结果发现后者是视锥色素蛋白。他在此基础上，构建了视觉色素蛋白的系统发育进化树，阐明了视锥色素蛋白要比视杆色素蛋白(rhodopsin)进化更早，说明颜色视觉和光视觉要比微光视觉更早。他还根据氨基酸序列计算的电荷，推测进化过程中由于酸性氨基酸取代了碱性氨基酸而发生视锥色素蛋白向视杆色素蛋白的转变。比较鸡的视锥色素蛋白和视杆色素蛋白的漂白过程发现后者的中间物Ⅱ的寿命较长，从而解释了为什么视杆色素蛋白对光有较高的敏感性。这个由信息系统工程系的科学家做的有关视觉机理的研究，是建立在蛋白质分子结构基础上的，其工作内容，蛋白质的序列分析，似乎完全应该归类于生物化学范畴，却恰恰被国际生物物理大会认为是近三年来生物物理学领域内最优秀的成果之一而选作大会报告。 今天，生命科学家的任务是要运用人类所有的对自然，特别是对生命的知识和认识，运用人类已经掌握的全部技术来研究生命，而不能只固守在自己已经习惯的一小块领地上，只遵循自己一贯的概念，只用自己熟悉的方法进行工作，那是不能进步的，也不能为科学发展做出贡献。我国生物学家也只有适应国际潮流，与其他姐妹学科相互渗透携手前进才能向新的高度进军。 建立结构生物学研究中心刻不容缓 在不久前举行的以结构生物学为主题的中国科学院香山会议上，到会专家一致呼吁刻不容缓地在中国建立结构生物学研究中心。 1953年分子生物学时代开始，60年代突飞猛进，可是我国不但没有立即作出反应，十年动乱期间反而对这一新兴学科进行了违反科学的批判。1976年文化大革命结束后，经过一些科学家的呼吁，才逐渐对分子生物学的发展给以一定的重视，但直到1987年才在上海生物化学所建立分子生物学国家重点实验室。国际上从1953到1987的3o余年间分子生物学的飞速发展，不仅造成了我国在这一重要基础研究领域与国际先进水平的巨大差距，也是我国当前生物高新技术产业举步维艰的根本原因。 与1953年我国的分子生物学水平相比，我国当前在结构生物学上应该说已有相当基础。生物大分子国家重点实验室在蛋白质晶体结构分析、溶液构像变化与生物活性关系以及膜蛋白等方面已经做出了一批较高水平的成果，曾多次被重要国际会议邀请做大会报告或特邀报告，并被邀请在国际核心刊物上撰写有关领域的综述性论文，因此在国际上享有一定的声誉。另外，在电子显微镜、隧道电子显微镜、各种光谱技术等方面我国也有相当好的实验室。 现在国际上结构生物学的新时代开始还不太久，应该认真吸取我国在l953年对待分子生物学的惨痛教训，从速以生物大分子国家重点实验室为核心，组织国内各单位高水平的研究课题，给以足够强度的投资，建立跨单位的结构生物学研究中心。这样我们才可能保持我国在某些领域内的国际先进地位，并且经过努力，建成在国际上举足轻重的研究中心。由于结构生物学对生命科学的全面影响，它也必将推动我国生命科学的全面发展。可以预见，在今后一个不太长的时间内，结构生物学必然会出现像当年分子生物学一样的辉煌。希望那个时候，全人类共享的成果中也有中国科学家贡献的光和热。 (责任编辑蔡德诚)
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