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7月26日,國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施迎來“十歲”生日。
在當(dāng)天舉行的學(xué)術(shù)論壇上,蛋白質(zhì)設(shè)施主任吳家睿介紹,作為全球首個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域的綜合性大科學(xué)裝置,蛋白質(zhì)設(shè)施在過去十年已成功建成蛋白質(zhì)研究的綜合型“三甲醫(yī)院”,未來十年將向擁抱“AI+”,建設(shè)生命科學(xué)“數(shù)據(jù)生產(chǎn)力平臺”,實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)“智造”。
1.0版:全球首個(gè)蛋白質(zhì)研究“三甲醫(yī)院”
坐落在上海張江的國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施,由國家發(fā)展改革委員會投資,隸屬于中國科學(xué)院上海高等研究院。
本世紀(jì)初,中國科學(xué)院院士饒子和富有遠(yuǎn)見地向國家提出:“蛋白質(zhì)研究也需要大科學(xué)設(shè)施。”2009年,在各方推動下,國家蛋白質(zhì)設(shè)施北京、上海設(shè)施成功立項(xiàng)。
2010年12月26日開工建設(shè),2015年7月28日通過國家驗(yàn)收正式開放運(yùn)行,成為全球首個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域的綜合性大科學(xué)裝置。
吳家睿將蛋白質(zhì)設(shè)施比作蛋白質(zhì)研究的綜合型“三甲醫(yī)院”,能為蛋白質(zhì)這個(gè)生命大分子提供綜合性研究手段。目前,該設(shè)施擁有九大技術(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。
開放十年來,蛋白質(zhì)設(shè)施已服務(wù)全國33個(gè)省級行政區(qū)的504家科研單位(含100多家科技企業(yè)),支撐超過2500個(gè)研究團(tuán)隊(duì)、累計(jì)10萬余人次用戶開展實(shí)驗(yàn)研究。
迄今為止,蛋白質(zhì)設(shè)施支撐完成科研課題超1.34萬項(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,發(fā)表高水平研究論文4000余篇,其中《自然》《科學(xué)》《細(xì)胞》國際頂級期刊學(xué)術(shù)論文136篇。
著眼于生命科學(xué)的長遠(yuǎn)發(fā)展,蛋白質(zhì)設(shè)施與上海科技大學(xué)iHuman研究所、免疫化學(xué)研究所聯(lián)合建設(shè)“中國蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫”(PDBc)。2022年,PDBc正式加入國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫組織,成為繼歐、美、日之后的全球第四個(gè)國家和地區(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)占到世界19%、亞洲65%,我國產(chǎn)出的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)已實(shí)現(xiàn)近100%由PDBc審校注釋。
2.0版:“AI+”進(jìn)軍“蛋白質(zhì)智造”
“從多年前的一紙規(guī)劃至今,上海張江已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大科學(xué)裝置集群的跨越式發(fā)展?!别堊雍蛯Φ鞍踪|(zhì)的未來充滿期望,“蛋白質(zhì)設(shè)施將在其中不斷升級,為中國乃至人類的科學(xué)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)”。
當(dāng)前生命科學(xué)研究正處從“靜態(tài)結(jié)構(gòu)解析”邁向“動態(tài)功能建?!钡年P(guān)鍵轉(zhuǎn)型期,AI技術(shù)為結(jié)構(gòu)生物學(xué)帶來范式性躍遷。
面向“AIforScience”新時(shí)代,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,打造支撐未來蛋白質(zhì)科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵“底座”型科技基礎(chǔ)設(shè)施,營造從“結(jié)構(gòu)認(rèn)知”到“結(jié)構(gòu)創(chuàng)造”的全新國家大科學(xué)設(shè)施新生態(tài),夯實(shí)我國在生命科學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域的全球競爭力。
目前,蛋白質(zhì)預(yù)測神器“阿爾法折疊”尚無法對蛋白質(zhì)的動態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測。吳家睿介紹,蛋白質(zhì)設(shè)施正系統(tǒng)布局蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)研究平臺建設(shè),同時(shí)引入AI驅(qū)動的模擬計(jì)算與構(gòu)象預(yù)測技術(shù),推進(jìn)功能蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)的多尺度、多時(shí)間點(diǎn)計(jì)算模擬能力,推動中國蛋白質(zhì)研究“彎道超車”。
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“AI蛋白質(zhì)智造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”,引入國產(chǎn)自主可控的高性能分子動力學(xué)模擬計(jì)算平臺,并與蛋白質(zhì)設(shè)施九大技術(shù)系統(tǒng)協(xié)同升級,形成“AI建模+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證+動態(tài)結(jié)構(gòu)還原”的融合式研究新范式。
“AI+生物”在合成生物學(xué)領(lǐng)域最為活躍,蛋白質(zhì)設(shè)施也在積極布局“蛋白質(zhì)智造”。目前,蛋白質(zhì)設(shè)施將對PDBc數(shù)據(jù)庫與計(jì)算框架進(jìn)行升級,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)高通量的從DNA到蛋白質(zhì)的“蛋白質(zhì)體外無細(xì)胞合成”智造裝置。
吳家睿介紹,蛋白質(zhì)設(shè)施將努力建設(shè)蛋白質(zhì)智造的“閉環(huán)”,實(shí)現(xiàn)一天“智造”5000種人工設(shè)計(jì)出的蛋白質(zhì)。未來十年,蛋白質(zhì)設(shè)施將從蛋白質(zhì)研究“三甲醫(yī)院”的1.0版,向生命科學(xué)“數(shù)據(jù)生產(chǎn)力平臺”的2.0版前行。