時(shí)光倒退,2015年7月28日,全球首個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域綜合性大科學(xué)裝置——國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施開放運(yùn)行。
十年來,該裝置用戶覆蓋全國(guó)33個(gè)省級(jí)行政區(qū),服務(wù)國(guó)內(nèi)外2500余個(gè)課題組10萬余人次,發(fā)表高水平研究論文4000余篇,中國(guó)一半的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究出自這里。
“如果說過去十年蛋白質(zhì)設(shè)施1.0版像一家‘綜合型三甲醫(yī)院’,為生命科學(xué)研究提供技術(shù)服務(wù)。未來,蛋白質(zhì)設(shè)施2.0版將致力于成為生命科學(xué)的‘?dāng)?shù)據(jù)生產(chǎn)力平臺(tái)’,實(shí)現(xiàn)生命科學(xué)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、保存和利用?!鄙现苣?,蛋白質(zhì)設(shè)施主任吳家睿,在中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院主辦的“國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施開放十周年學(xué)術(shù)論壇”上說。
國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施開放十周年學(xué)術(shù)論壇
推動(dòng)有國(guó)際影響力的科研成果產(chǎn)出
蛋白質(zhì)設(shè)施隸屬于中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院,坐落在上海張江,現(xiàn)有九大技術(shù)系統(tǒng),建立了從蛋白質(zhì)樣品制備、結(jié)構(gòu)解析到功能研究的完整技術(shù)體系。
時(shí)間回到2006年,當(dāng)時(shí)國(guó)際科學(xué)界已經(jīng)測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)超過37000種,而由我國(guó)科學(xué)家測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)僅占其中的0.5%——背后的主要原因,是我國(guó)蛋白質(zhì)科學(xué)研究的基礎(chǔ)條件與國(guó)際先進(jìn)水平仍有明顯差距,僅以高場(chǎng)核磁譜儀為例,當(dāng)時(shí)只有北京大學(xué)的1臺(tái)800兆赫茲譜儀和香港科技大學(xué)的1臺(tái)750兆赫茲譜儀。
蛋白質(zhì)設(shè)施正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生。2010年12月26日,蛋白質(zhì)設(shè)施開工建設(shè);2015年7月28日,通過國(guó)家驗(yàn)收正式開放運(yùn)行。
新民晚報(bào)記者了解到,開放十年來,設(shè)施支撐完成科研課題超13400項(xiàng),在原子空間尺度與毫秒時(shí)間尺度上深入解析蛋白質(zhì)、核酸等關(guān)鍵生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制,在疾病機(jī)理解析、創(chuàng)新藥物研發(fā)、合成生物設(shè)計(jì)等前沿應(yīng)用領(lǐng)域取得了一系列重大研究成果,推動(dòng)了多項(xiàng)原創(chuàng)性科研成果落地轉(zhuǎn)化。
“蛋白質(zhì)設(shè)施推動(dòng)我國(guó)重大傳染病防控領(lǐng)域取得若干重大原創(chuàng)成果,推動(dòng)我國(guó)免疫治療科學(xué)研究取得系列重大突破,推動(dòng)我國(guó)植物學(xué)與農(nóng)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)研究取得多點(diǎn)突破,賦能我國(guó)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)與合成生物學(xué)發(fā)展……”吳家睿如數(shù)家珍。
在世界蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫版圖點(diǎn)亮中國(guó)坐標(biāo)
作為蛋白質(zhì)科學(xué)研究“國(guó)之重器”,蛋白質(zhì)設(shè)施始終致力于推動(dòng)“利器”的升級(jí)與自主創(chuàng)新。
著眼于生命科學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展,蛋白質(zhì)設(shè)施與上??萍即髮W(xué)iHuman研究所、免疫化學(xué)研究所聯(lián)合建設(shè)“中國(guó)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫”(PDBc),并于2022年正式加入國(guó)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫組織,成為全球第四個(gè)國(guó)家和地區(qū)成員,在世界蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的版圖上點(diǎn)亮了中國(guó)地標(biāo)。目前中國(guó)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫注釋審校的數(shù)據(jù)條目已覆蓋我國(guó)本土投遞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總量的95%。我國(guó)本土的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究結(jié)果已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)完全自主審校,并保持與國(guó)際數(shù)據(jù)庫互聯(lián)共享。
除了自主創(chuàng)新,蛋白質(zhì)設(shè)施也以開放的姿態(tài)加強(qiáng)國(guó)際合作,比如,與美國(guó)賽默飛公司達(dá)成戰(zhàn)略合作“蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)分析聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”,共同提升冷凍電鏡研究、蛋白質(zhì)組學(xué)研究、臨床樣本隊(duì)列研究和生物醫(yī)藥領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;與德國(guó)布魯克公司合作共建“生物核磁技術(shù)開發(fā)與用戶服務(wù)中心”,在設(shè)備升級(jí)、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品展示、用戶培訓(xùn)和學(xué)術(shù)交流等方面開展深入合作。
蛋白質(zhì)設(shè)施開放運(yùn)行初期,將重點(diǎn)用戶錨定為科研院所和高校,如今產(chǎn)業(yè)用戶達(dá)到100余家。2024年產(chǎn)業(yè)用戶機(jī)時(shí)為1670小時(shí),并呈逐年增加趨勢(shì)。就在不久前,“產(chǎn)業(yè)”和“臨床研究”用戶分委員,被擴(kuò)充到了蛋白質(zhì)設(shè)施原有的用戶科技委員會(huì)。
加速傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與AI深度融合
面向人工智能時(shí)代的深度演進(jìn),科學(xué)研究正步入以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和模型預(yù)測(cè)為特征的“AIforScience”新時(shí)代。
“AI不僅成為工具,更正逐步演變?yōu)榭茖W(xué)問題解決的核心驅(qū)動(dòng)力?!眳羌翌Uf,“蛋白質(zhì)設(shè)施正全面加速傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與AI技術(shù)的深度融合,以智能化、自動(dòng)化、體系化的技術(shù)升級(jí)路徑,推動(dòng)核心實(shí)驗(yàn)平臺(tái)向更高通量、更高維度、更強(qiáng)融合的方向演進(jìn)?!?/p>
據(jù)介紹,近期,蛋白質(zhì)設(shè)施與上海思朗萬維計(jì)算技術(shù)有限公司共建“高性能蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)計(jì)算中心”,引入國(guó)產(chǎn)自主可控的高性能分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算平臺(tái),通過“AI建模+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證+動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)還原”的融合式研究支撐蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)機(jī)制解析、活性構(gòu)象識(shí)別、靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)變構(gòu)預(yù)測(cè)等復(fù)雜任務(wù),為新藥發(fā)現(xiàn)與功能蛋白設(shè)計(jì)奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
而在合成生物學(xué)這一“AI+生物”最活躍的領(lǐng)域,蛋白質(zhì)設(shè)施也正在積極布局智能蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)與制造平臺(tái)。設(shè)施將對(duì)PDBc數(shù)據(jù)庫與計(jì)算框架進(jìn)行升級(jí),并攜手康碼(上海)生物科技有限公司,聯(lián)合打造全球首個(gè)高通量的“DNA-to-Protein蛋白質(zhì)體外無細(xì)胞合成”智能制造裝置。
下一個(gè)十年,蛋白質(zhì)設(shè)施已然在路上了。
原標(biāo)題:《要做生命科學(xué)的“數(shù)據(jù)生產(chǎn)力平臺(tái)”,上海這一“國(guó)之重器”交出十年成績(jī)單》
欄目陸梓華圖片來源:采訪對(duì)象供圖
來源:作者:新民晚報(bào)郜陽實(shí)習(xí)生朱其樂
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