十年前，上海張江，全球首個生命科學(xué)領(lǐng)域綜合性大科學(xué)裝置——國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施（以下簡稱蛋白質(zhì)設(shè)施）開放運行。
十年后的今天，中國一半的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究出自這里。如此高能級和高產(chǎn)出的生命科學(xué)大裝置，至今依然不多見。
十年來，該裝置用戶覆蓋全國33個省級行政區(qū)，服務(wù)國內(nèi)外2500余個課題組10萬余人次，包括北大、清華、復(fù)旦、浙大、港大以及哈佛醫(yī)學(xué)院、斯坦福大學(xué)、劍橋大學(xué)等。特別值得一提的是，產(chǎn)業(yè)用戶達(dá)100余家。發(fā)表高水平研究論文4000余篇（包括《自然》《科學(xué)》《細(xì)胞》國際頂級期刊學(xué)術(shù)論文136篇），在疾病機理解析、創(chuàng)新藥物研發(fā)、合成生物設(shè)計等前沿領(lǐng)域取得一系列重大研究成果。用戶成果入選“中國科學(xué)十大進(jìn)展”3項、“中國生命科學(xué)（領(lǐng)域）十大進(jìn)展”8項。
十年來，蛋白質(zhì)設(shè)施深度參與上海國際科創(chuàng)中心和張江綜合性國家科學(xué)中心建設(shè)，為生命科學(xué)重大科研任務(wù)提供高水平技術(shù)支撐，提升了我國生命科學(xué)原始創(chuàng)新能力和生物醫(yī)藥自主可控水平。
“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’，實現(xiàn)生命科學(xué)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、保存和利用?！?月26日，蛋白質(zhì)設(shè)施主任吳家睿，在中國科學(xué)院上海高等研究院主辦的“國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施開放十周年學(xué)術(shù)論壇”上說。
【蛋白質(zhì)研究駛?cè)搿翱燔嚨馈薄?/p>
時光回溯到2006年，當(dāng)時國際科學(xué)界已經(jīng)測定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)超過37000種，而由我國科學(xué)家測定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)僅占其中的0.5%。這背后的主要原因是我國蛋白質(zhì)科學(xué)研究的基礎(chǔ)條件與國際先進(jìn)水平仍有明顯差距，僅以高場核磁譜儀為例，當(dāng)時只有北京大學(xué)的1臺800兆赫茲譜儀和香港科技大學(xué)的1臺750兆赫茲譜儀。
蛋白質(zhì)設(shè)施正是在這一背景下應(yīng)運而生，2010年12月26日由國家發(fā)改委投資開工建設(shè)，2015年7月28日通過國家驗收正式開放運行。
這標(biāo)志著我國蛋白質(zhì)科學(xué)研究開始駛?cè)搿翱燔嚨馈?。近年來，由我國科學(xué)家研究測定的蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)數(shù)量不斷提高，2021年度投遞到國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)量已躍居全球第二，僅次于美國。
蛋白質(zhì)設(shè)施現(xiàn)有9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，推動多項具有國際影響力的科研成果產(chǎn)出。比如，在上海光源建有“五線六站”，共同支撐了新冠病毒蛋白結(jié)構(gòu)的率先解析和國產(chǎn)新藥研制。又如，支持百濟神州完成國產(chǎn)抗癌藥“澤布替尼”關(guān)鍵靶點的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，助力其在中美兩地同步上市。再如，支撐用戶將傳統(tǒng)需若干年才能完成的酶改造周期縮短至半年。
【點亮中國蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫地標(biāo)】
作為蛋白質(zhì)科學(xué)研究“國之重器”，蛋白質(zhì)設(shè)施始終致力于推動“利器”的升級與自主創(chuàng)新。
傳統(tǒng)藥物篩選方法耗時長、成本高，蛋白質(zhì)設(shè)施建設(shè)了高通量藥物篩選與優(yōu)化平臺，為藥物研發(fā)提供精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，迅速識別藥物候選分子并優(yōu)化其靶向效果。國產(chǎn)抗新冠病毒藥物“先諾欣”的活性成分“先諾特韋”，正是在這一平臺被發(fā)現(xiàn)。
2022年，蛋白質(zhì)設(shè)施聯(lián)合上?？萍即髮W(xué)打造的中國蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，以第四個成員身份加入國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。這一突破意味著在世界蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的版圖上點亮了中國地標(biāo)。目前，我國產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)生物學(xué)新數(shù)據(jù)占到了全世界的19%，亞洲的65%。我國本土的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究結(jié)果已基本實現(xiàn)自主審校（95%），并保持與國際數(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)加強國際合作，與美國賽默飛公司共建蛋白質(zhì)動態(tài)分析聯(lián)合實驗室，與德國布魯克公司共建生物核磁技術(shù)開發(fā)與用戶服務(wù)中心。
蛋白質(zhì)設(shè)施開放運行初期，將重點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)用戶機時為1670小時，并呈逐年增加趨勢。就在不久前，“產(chǎn)業(yè)”和“臨床研究”用戶分委員，被擴充到了蛋白質(zhì)設(shè)施原有的用戶科技委員會。
【世界級蛋白質(zhì)科研與智造基地】
“展望未來，我們的目標(biāo)是成為世界級蛋白質(zhì)科學(xué)研究與智造基地，實現(xiàn)更大的開放和更好的服務(wù)?！眳羌翌＼P躇滿志地說。
當(dāng)前國際科學(xué)前沿的一個重大挑戰(zhàn)是蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)研究。傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)研究技術(shù)，主要用于蛋白質(zhì)靜態(tài)結(jié)構(gòu)研究。即使是強大的“阿爾法折疊”，依然面臨蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)預(yù)測的挑戰(zhàn)。英國政府今年6月啟動大科學(xué)計劃“Openbind”，構(gòu)建全球最大蛋白小分子交互數(shù)據(jù)庫，將專門為AI藥物設(shè)計算法“量身定制”，預(yù)計可節(jié)省1000億英鎊的藥物研發(fā)成本。
針對“蛋白質(zhì)動態(tài)研究”這一新方向，蛋白質(zhì)設(shè)施近期與上海思朗科技有限公司成立了“高性能蛋白質(zhì)動態(tài)計算中心”，后者自主研發(fā)的“天穹”計算機，相較GPU以及傳統(tǒng)超算系統(tǒng)，性能提升2-4個數(shù)量級，將為新藥發(fā)現(xiàn)與功能蛋白設(shè)計提供強大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
合成生物學(xué)正在成為生物技術(shù)“朝陽”領(lǐng)域，“無細(xì)胞合成”這一顛覆性技術(shù)已被新增到美國政府2024年版《關(guān)鍵與新興技術(shù)》清單中。以2024年度諾貝爾化學(xué)獎獲得者戴維·貝克為代表的研究者，正在利用人工智能創(chuàng)造具有特定結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)，甚至是生命世界從未有過的非天然蛋白質(zhì)。
吳家睿介紹，“蛋白質(zhì)智造”將成為蛋白質(zhì)設(shè)施的另一發(fā)展新方向。他們將升級中國蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，攜手康碼生物科技打造全球首個高通量蛋白質(zhì)智造平臺。
下一個十年，他們已在路上。
原標(biāo)題：《蛋白質(zhì)（上海）設(shè)施開放十周年，中國一半蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究出自這里》
題圖來源：受訪單位
來源：作者：解放日報黃海華
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