十年奮進(jìn)·智啟新篇—— 國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施迎來開放十周年

2025年7月26日,中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院舉辦“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”。來自全國(guó)各領(lǐng)域的專家學(xué)者以及關(guān)心國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施發(fā)展的友人齊聚論壇,共話蛋白質(zhì)大科學(xué)設(shè)施的發(fā)展與科學(xué)創(chuàng)新。

本次論壇邀請(qǐng)了多位院士專家、政府領(lǐng)導(dǎo)和行業(yè)代表參與。中國(guó)科學(xué)院院士施蘊(yùn)渝、王志新、饒子和、趙國(guó)屏、李林,中國(guó)工程院院士趙振堂等知名學(xué)者蒞臨現(xiàn)場(chǎng)。上海市相關(guān)部門、中國(guó)科學(xué)院機(jī)關(guān)和分院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo),兄弟科研院所、高校、合作企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)專家,各行業(yè)用戶代表,以及學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界友人共同見證了蛋白質(zhì)設(shè)施的十年輝煌。

論壇開幕式由中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院黨委書記陳豐偉主持。陳豐偉首先對(duì)參會(huì)嘉賓表示熱烈歡迎,介紹了蛋白質(zhì)設(shè)施作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的重要地位。他強(qiáng)調(diào),蛋白質(zhì)設(shè)施不僅為生命科學(xué)基礎(chǔ)研究提供了強(qiáng)大支撐,也為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了創(chuàng)新動(dòng)力。隨后,中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院院長(zhǎng)黃政仁、中國(guó)科學(xué)院上海分院副院長(zhǎng)王燕、浦東新區(qū)科技和經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任徐敏栩分別致辭,高度肯定了蛋白質(zhì)設(shè)施在服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求、推動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用,并對(duì)設(shè)施未來的發(fā)展寄予厚望。
蛋白質(zhì)設(shè)施主任吳家睿作《國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施-建設(shè)、運(yùn)行、發(fā)展》主題報(bào)告,他將蛋白質(zhì)設(shè)施比作生命科學(xué)研究的“三甲醫(yī)院”,全面展示了蛋白質(zhì)設(shè)施十年來在科研支撐、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)服務(wù)等方面取得的豐碩成果,并展望了未來十年的發(fā)展方向。在隨后的高研大師講堂中,饒子和院士圍繞《Pathogens & Universal Health》作專題報(bào)告,深入探討了病原體研究與全球健康的密切關(guān)聯(lián)。許文青研究員則系統(tǒng)介紹了中國(guó)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的最新進(jìn)展,展現(xiàn)了我國(guó)在該領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢(shì)。論壇還設(shè)置了“高研交叉論壇用戶論壇”和“高研交叉論壇技術(shù)講堂”兩場(chǎng)分論壇,分別聚焦用戶最新成果和技術(shù)創(chuàng)新,為參會(huì)者提供了深入交流的平臺(tái)。本次論壇系統(tǒng)總結(jié)了蛋白質(zhì)設(shè)施十年發(fā)展成就,彰顯其作為國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的重要地位。設(shè)施將持續(xù)深化開放共享機(jī)制,推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新,為提升我國(guó)生命科學(xué)核心競(jìng)爭(zhēng)力提供堅(jiān)實(shí)支撐。

國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施,簡(jiǎn)稱蛋白質(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,由國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)投資并于2010年12月26日開工建設(shè),2015年7月28日通過國(guó)家驗(yàn)收正式開放運(yùn)行。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。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(guó)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)”(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(kù)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(kù)的版圖上點(diǎn)亮了中國(guó)地標(biāo)。

作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,蛋白質(zhì)設(shè)施自建設(shè)以來始終面向人民生命健康領(lǐng)域的重大需求,聚焦基礎(chǔ)研究、前沿交叉和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化關(guān)鍵環(huán)節(jié),深度參與上海國(guó)際科創(chuàng)中心和張江綜合性國(guó)家科學(xué)中心建設(shè),持續(xù)為生命科學(xué)重大科研任務(wù)提供高水平技術(shù)支撐,在提升我國(guó)生命科學(xué)原始創(chuàng)新能力和生物醫(yī)藥自主可控水平方面發(fā)揮了重要作用。
開放十年來,蛋白質(zhì)設(shè)施已服務(wù)全國(guó)33個(gè)省級(jí)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(wàn)余人次用戶開展實(shí)驗(yàn)研究。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,發(fā)表高水平研究論文4000余篇(包括《自然》《科學(xué)》《細(xì)胞》國(guó)際頂級(jí)期刊學(xué)術(shù)論文136篇),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。設(shè)施用戶成果入選 “中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”3項(xiàng)、“中國(guó)生命科學(xué)(領(lǐng)域)十大進(jìn)展”8項(xiàng)、“中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”4項(xiàng)、 “國(guó)內(nèi)十大科技新聞(科技日?qǐng)?bào))”2項(xiàng)、“國(guó)內(nèi)十大科技新聞(中央廣播電視臺(tái))”1項(xiàng)、 “中國(guó)十大醫(yī)學(xué)科技新聞”3項(xiàng)、“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”2項(xiàng)。
一、服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求,賦能蛋白質(zhì)科學(xué)創(chuàng)新與高質(zhì)量發(fā)展
蛋白質(zhì)設(shè)施充分發(fā)揮國(guó)家大科學(xué)裝置在結(jié)構(gòu)表征、功能解析與技術(shù)集成方面的優(yōu)勢(shì),持續(xù)服務(wù)國(guó)家在生命健康、生物安全、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新等重點(diǎn)方向的戰(zhàn)略需求,推動(dòng)多項(xiàng)具有國(guó)際影響力的科研成果產(chǎn)出,為科技高水平自立自強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入設(shè)施的強(qiáng)勁動(dòng)力。
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。依托其九大系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合與互補(bǔ),支撐用戶在面向人民生命健康的公共衛(wèi)生安全防控領(lǐng)域相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究中取得了一系列具有國(guó)際影響力的原創(chuàng)性成果。這些成果,如國(guó)產(chǎn)抗新冠病毒一類新藥靶向新型冠狀病毒主蛋白酶的結(jié)構(gòu)機(jī)理、解析乙型肝炎病毒衣殼蛋白關(guān)鍵構(gòu)象及其在病毒組裝和生命周期中的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)等,顯著提升了我國(guó)在應(yīng)對(duì)新發(fā)病毒緊急公共衛(wèi)生事件時(shí)快速解析新發(fā)病毒相關(guān)蛋白結(jié)構(gòu)的研究能力,為深入闡明其傳播機(jī)制以及抗病毒藥物研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外,蛋白質(zhì)設(shè)施還助力重大疫情防控,加速了亞單位重組新冠疫苗、抗體藥物和小分子藥物等多種治療方案的研發(fā)進(jìn)程。這一系列成就充分展現(xiàn)了我國(guó)蛋白質(zhì)研究設(shè)施在推動(dòng)重大傳染病防控領(lǐng)域取得原創(chuàng)性突破方面的重要作用,彰顯了其在國(guó)家健康事業(yè)中的戰(zhàn)略地位。
蛋白質(zhì)設(shè)施推動(dòng)我國(guó)免疫治療科學(xué)研究取得系列重大突破。蛋白質(zhì)設(shè)施的用戶充分利用設(shè)施超快時(shí)間分辨和超高空間分辨能力,在分子層面揭示了人體免疫系統(tǒng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)作用機(jī)制,取得了一系列具有重大國(guó)際影響力的突破性成果,其中“T細(xì)胞免疫的觸發(fā)機(jī)制” 對(duì)免疫受體的活化機(jī)制展開深入的研究,闡明了細(xì)胞質(zhì)膜膽固醇對(duì)T細(xì)胞受體觸發(fā)和T細(xì)胞抗腫瘤免疫的調(diào)控機(jī)制,發(fā)展了T細(xì)胞治療新策略,相關(guān)研究成果正在開展臨床實(shí)驗(yàn)研究,推動(dòng)了學(xué)科和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該成果獲得2022年度上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)以及2023年度國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。這些突破不僅為臨床應(yīng)用奠定了科學(xué)依據(jù),還為進(jìn)一步深入研究免疫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制提供了重要視角,有望開創(chuàng)新的免疫治療策略,推動(dòng)我國(guó)在自身免疫疾病和癌癥等領(lǐng)域的治療水平邁上新臺(tái)階。
蛋白質(zhì)設(shè)施推動(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。蛋白質(zhì)設(shè)施憑借其獨(dú)特的高分辨率結(jié)構(gòu)解析技術(shù)與先進(jìn)的多技術(shù)集成平臺(tái),幫助科研用戶在揭示植物蛋白質(zhì)與其他生物分子(如小分子激素、RNA、DNA)相互作用的分子機(jī)制方面取得了一系列重要研究成果。如,重構(gòu)了水稻激素受體與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu),揭示了這些分子如何在抗逆環(huán)境下調(diào)控基因表達(dá),增強(qiáng)水稻對(duì)逆境的適應(yīng)能力;成功構(gòu)建了基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)與數(shù)據(jù)智能結(jié)合的“作物性狀調(diào)控因子功能數(shù)據(jù)庫(kù)”,為分子育種、基因編輯及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供了全新的技術(shù)支撐。通過與農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)的深度合作,蛋白質(zhì)設(shè)施還支撐了大規(guī)模的農(nóng)業(yè)項(xiàng)目,如高效抗逆性狀的種子改良、作物新品種的選育等,促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)科研從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。這些突破性的研究成果不僅推動(dòng)了我國(guó)農(nóng)作物耐逆高產(chǎn)基因資源的深度開發(fā),也為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、保障糧食安全提供了關(guān)鍵支撐,有力地服務(wù)于國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略的實(shí)施。
蛋白質(zhì)設(shè)施賦能我國(guó)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)與合成生物學(xué)發(fā)展。設(shè)施充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)表征、高通量篩選與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)等多維度平臺(tái)優(yōu)勢(shì),持續(xù)賦能我國(guó)蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)與功能分子合成研究,取得了一系列重要的研究成果。在蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)方面,設(shè)施支撐用戶實(shí)現(xiàn)從頭設(shè)計(jì)新酶、蛋白質(zhì)工程、酶催化性能優(yōu)化等高效研發(fā),不僅將傳統(tǒng)需若干年才能完成的酶改造周期縮短至半年內(nèi)完成,還助力實(shí)現(xiàn)酶活性性能驗(yàn)證(相較野生型顯著提升5–6倍)。在藥物遞送系統(tǒng)智能構(gòu)建方面,設(shè)施也積極推進(jìn)AI建模與結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的融合,目前正與研究用戶合作探索深度學(xué)習(xí)模型在同步輻射生物小角散射線站的深度整合,構(gòu)建集溶液結(jié)構(gòu)測(cè)定、AI建模與配方智能篩選于一體的新型脂質(zhì)遞送系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)平臺(tái),支撐下一代生物藥物的工程設(shè)計(jì)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。
蛋白質(zhì)設(shè)施面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用助力創(chuàng)新攻克關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。聚焦國(guó)家生物醫(yī)藥戰(zhàn)略部署,強(qiáng)化“面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)”的服務(wù)導(dǎo)向,蛋白質(zhì)設(shè)施面向生物醫(yī)藥、大健康等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè),積極促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合,廣泛服務(wù)產(chǎn)業(yè)用戶,參與解決新藥研發(fā)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物大分子藥物遞送等環(huán)節(jié)的 “卡脖子”技術(shù)難題,不斷提升我國(guó)醫(yī)藥健康領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。依托九大技術(shù)系統(tǒng),蛋白質(zhì)設(shè)施構(gòu)建了從原子級(jí)結(jié)構(gòu)解析到系統(tǒng)功能驗(yàn)證的全流程技術(shù)服務(wù)平臺(tái)。企業(yè)用戶可在設(shè)施中實(shí)現(xiàn)從候選分子結(jié)構(gòu)解析、靶點(diǎn)機(jī)制闡明,到遞送體系構(gòu)效優(yōu)化、先導(dǎo)化合物篩選的全鏈條技術(shù)支持,有效加快藥物研發(fā)周期、降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)施現(xiàn)已支持百濟(jì)神州完成了國(guó)產(chǎn)抗癌藥“澤布替尼”關(guān)鍵靶點(diǎn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究,助力其在中美兩地同步上市;支持復(fù)星凱特、信達(dá)生物、睿智化學(xué)等多家企業(yè)開展PD-1抗體藥物、mRNA核酸藥物、抗體偶聯(lián)藥物等方向的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),顯著提升我國(guó)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)支撐下的創(chuàng)新藥研發(fā)效率。目前,蛋白質(zhì)設(shè)施已為超過100家生物醫(yī)藥企業(yè)提供高端技術(shù)服務(wù),覆蓋抗體工程、結(jié)構(gòu)疫苗、細(xì)胞治療、藥物遞送系統(tǒng)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域。針對(duì)企業(yè)多樣化技術(shù)需求,設(shè)施推出定制化技術(shù)解決方案,并探索實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、平臺(tái)共用、數(shù)據(jù)共享等多種合作機(jī)制,推動(dòng)科技成果高效轉(zhuǎn)化落地。在服務(wù)生物醫(yī)藥強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、提升產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)中的關(guān)鍵支撐作用。
二、夯實(shí)核心技術(shù)根基,驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)設(shè)施自主創(chuàng)新與升級(jí)發(fā)展
十年來,蛋白質(zhì)設(shè)施作為我國(guó)蛋白質(zhì)科學(xué)研究“國(guó)之重器”,始終致力于推動(dòng)蛋白質(zhì)科學(xué)技術(shù)的升級(jí)與創(chuàng)新。通過整合先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)與自主研發(fā)的技術(shù)平臺(tái),形成了多系統(tǒng)協(xié)同的強(qiáng)大技術(shù)支撐能力,不僅在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得應(yīng)用進(jìn)展,還為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)提供了全方位的技術(shù)支持,推動(dòng)了新藥研發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療、疫苗設(shè)計(jì)、合成生物學(xué)等方面的技術(shù)革新。
建設(shè)了基于結(jié)構(gòu)的高通量藥物篩選與優(yōu)化平臺(tái)。蛋白質(zhì)設(shè)施憑借其高性能X射線衍射、冷凍電子顯微鏡、小角X射線散射等先進(jìn)結(jié)構(gòu)表征技術(shù),與設(shè)施規(guī)?;肿又苽湎到y(tǒng)聯(lián)用,建立了基于結(jié)構(gòu)的高通量藥物篩選與優(yōu)化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了藥物研發(fā)過程中的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)支持。從小分子候選藥物篩選到生物大分子復(fù)合物藥物的結(jié)構(gòu)解析,蛋白質(zhì)設(shè)施能夠?yàn)樗幬镅邪l(fā)提供精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),幫助科研人員迅速識(shí)別藥物候選分子并優(yōu)化其靶向效果,解決了傳統(tǒng)篩選方法中存在的低通量、時(shí)間長(zhǎng)、成本高等問題。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)口服小分子抗新冠病毒藥物“先諾欣”活性成分“先諾特韋”的發(fā)現(xiàn)過程及其臨床前研究就是該平臺(tái)成功應(yīng)用的典型案例。可以說該技術(shù)平臺(tái)大幅加速了從結(jié)構(gòu)優(yōu)化到臨床階段的研發(fā)進(jìn)程,為我國(guó)創(chuàng)新藥研發(fā)提供了高效快捷的技術(shù)支持。
建設(shè)了多時(shí)空尺度的生物分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)表征平臺(tái)。蛋白質(zhì)科學(xué)的研究不僅需要了解生物分子的高分辨率靜態(tài)結(jié)構(gòu),更需要運(yùn)用時(shí)間分辨技術(shù)來解析結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過程。尤其是在關(guān)鍵的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制和分子相互作用等重要的生命過程中,蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出獨(dú)特的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。圍繞生物分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)表征的技術(shù)需求,蛋白質(zhì)設(shè)施建設(shè)了多時(shí)空尺度的蛋白質(zhì)技術(shù)平臺(tái),通過多種結(jié)構(gòu)表征技術(shù)方法的交叉融合,構(gòu)建了多技術(shù)平臺(tái)協(xié)同的生物分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析平臺(tái)。該平臺(tái)整合X射線晶體衍射與小角散射、冷凍電子顯微鏡、核磁共振等多項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn),成功實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)-小分子、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸相互作用的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)解析。在整合實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,蛋白質(zhì)設(shè)施最近與上海思朗科技有限公司簽署合作協(xié)議,計(jì)劃建設(shè)生物大分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算平臺(tái),從而能夠在微秒到納秒時(shí)間尺度模擬蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化,揭示其在生物過程中的功能機(jī)制。在抗體藥物設(shè)計(jì)研究中,蛋白質(zhì)設(shè)施通過該平臺(tái)解析了多個(gè)抗體與其靶標(biāo)的結(jié)合機(jī)制,并優(yōu)化了藥物的親和力和選擇性。不僅提升了藥物的親和力和特異性表征能力,還可以為膜蛋白、多結(jié)構(gòu)域復(fù)合體等復(fù)雜生命大分子的結(jié)構(gòu)解析提供有力的技術(shù)支撐。
建設(shè)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù),支撐我國(guó)生命科學(xué)數(shù)據(jù)開放共享。順應(yīng)人工智能時(shí)代蛋白質(zhì)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì),蛋白質(zhì)設(shè)施聯(lián)合上??萍即髮W(xué)iHuman研究所、免疫化學(xué)研究所,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)構(gòu)參與國(guó)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(PDB)建設(shè)和管理的“從0到1”突破。目前中國(guó)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)注釋審校的數(shù)據(jù)條目已覆蓋約100%我國(guó)本土投遞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總量。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(kù)互聯(lián)共享。截至2025年5月,PDB共收錄235,666條高質(zhì)量蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),其中約10.3%來自中國(guó)地區(qū)的投遞,位于蛋白質(zhì)設(shè)施的中國(guó)團(tuán)隊(duì)已累計(jì)注釋審校數(shù)據(jù)條目超過6000個(gè)。該數(shù)據(jù)庫(kù)不僅收錄了單個(gè)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),還包含了藥物靶點(diǎn)、抗體結(jié)構(gòu)、疫苗設(shè)計(jì)等領(lǐng)域功能復(fù)合體的結(jié)構(gòu)信息;通過人工智能技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘,已為全球蛋白質(zhì)科學(xué)研究提供了重要的數(shù)據(jù)支持,同時(shí)也為全球藥物研發(fā)和疫苗設(shè)計(jì)提供了協(xié)同合作的開放平臺(tái)。通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的深度挖掘,蛋白質(zhì)設(shè)施在蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)、藥物設(shè)計(jì)優(yōu)化等領(lǐng)域也提供了重要的技術(shù)支撐。

構(gòu)筑標(biāo)準(zhǔn)高地,賦能蛋白質(zhì)設(shè)施自主創(chuàng)新提質(zhì)升級(jí)。蛋白質(zhì)設(shè)施始終將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)與檢測(cè)能力認(rèn)證作為提升自主創(chuàng)新能力、保障平臺(tái)高質(zhì)量運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作。近年來,蛋白質(zhì)設(shè)施不斷完善核心技術(shù)規(guī)范體系與質(zhì)量控制機(jī)制,積極推動(dòng)結(jié)構(gòu)生物學(xué)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定與推廣,為我國(guó)蛋白質(zhì)科學(xué)研究走向高水平自主可控奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在標(biāo)準(zhǔn)研制方面,設(shè)施牽頭或參與制定了多項(xiàng)結(jié)構(gòu)生物學(xué)與高端檢測(cè)服務(wù)領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),涵蓋納米粒子粒度檢測(cè)、結(jié)構(gòu)解析流程、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)、技術(shù)測(cè)量規(guī)范等關(guān)鍵環(huán)節(jié),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的空白。如設(shè)施主導(dǎo)完成的國(guó)內(nèi)首個(gè)《脂質(zhì)體脂膜結(jié)構(gòu)的測(cè)定:X射線小角散射檢測(cè)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),已被多個(gè)科研院所、醫(yī)藥企業(yè)廣泛采納,顯著提升了數(shù)據(jù)一致性與結(jié)果可重復(fù)性,為技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。在資質(zhì)認(rèn)證方面,蛋白質(zhì)設(shè)施依托完善的質(zhì)量管理體系,現(xiàn)已獲授權(quán)6項(xiàng)具備國(guó)際互認(rèn)能力的CNAS技術(shù)認(rèn)證資質(zhì)證書,在樣品檢測(cè)、結(jié)構(gòu)測(cè)定、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)建立起符合國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)體系。當(dāng)前,蛋白質(zhì)設(shè)施已具備為科研單位、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、生物醫(yī)藥企業(yè)提供高質(zhì)量第三方檢測(cè)服務(wù)的能力,在提升我國(guó)蛋白質(zhì)科學(xué)數(shù)據(jù)的權(quán)威性、規(guī)范性和行業(yè)認(rèn)可度方面發(fā)揮了積極作用。
三、破界起勢(shì),助力生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展
截止2025年5月31日,蛋白質(zhì)設(shè)施已經(jīng)為107家企業(yè)提供技術(shù)支撐和服務(wù)。2024年全年產(chǎn)業(yè)用戶機(jī)時(shí)1670小時(shí),產(chǎn)業(yè)用戶服務(wù)量逐年增加。服務(wù)用戶的同時(shí),蛋白質(zhì)設(shè)施積極開展與國(guó)際先進(jìn)儀器生產(chǎn)廠家的合作,共同進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和推廣運(yùn)用。
合作建設(shè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。蛋白質(zhì)設(shè)施與美國(guó)賽默飛公司達(dá)成戰(zhàn)略合作建設(shè)蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái),基于賽默飛全球領(lǐng)先的高分辨質(zhì)譜、冷凍電鏡等平臺(tái)及蛋白質(zhì)組學(xué)解決方案,結(jié)合了蛋白質(zhì)設(shè)施在結(jié)構(gòu)生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)先的科研能力、研發(fā)成果和強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。整合雙方優(yōu)勢(shì)資源,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,共創(chuàng)技術(shù)新生態(tài),為科研的新質(zhì)生產(chǎn)力注入活力。
建立技術(shù)開發(fā)及用戶服務(wù)中心。蛋白質(zhì)設(shè)施與德國(guó)布魯克公司合作建設(shè)“生物核磁技術(shù)開發(fā)與用戶服務(wù)中心”,利用蛋白質(zhì)設(shè)施在生命科學(xué)領(lǐng)域的影響力、用戶群、定位和服務(wù)能力,結(jié)合布魯克公司國(guó)際領(lǐng)先的核磁譜儀的技術(shù)推廣需求,把生物核磁技術(shù)與應(yīng)用拓展到動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)及生物大分子藥物研究和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。作為技術(shù)開發(fā)與用戶服務(wù)中心,雙方將在設(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。雙方聯(lián)合成功舉辦了“2024年生物及生物制藥核磁共振技術(shù)高級(jí)培訓(xùn)班”。
為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)提供完善的技術(shù)服務(wù),助力生物醫(yī)藥研發(fā)。蛋白質(zhì)設(shè)施多個(gè)技術(shù)系統(tǒng)為100多家生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)公司提供完備的生物醫(yī)藥研發(fā)技術(shù)支持。通過219項(xiàng)單項(xiàng)技術(shù)服務(wù)以及八類定制化綜合研究技術(shù)服務(wù),蛋白質(zhì)設(shè)施構(gòu)建了完善的技術(shù)服務(wù),從各個(gè)方面助力生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的研發(fā)工作。
從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的全鏈條支撐。蛋白質(zhì)設(shè)施支撐我國(guó)科學(xué)家開展生命科學(xué)前沿研究和生物醫(yī)藥研發(fā)工作,成功助力一批用戶成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。典型成果包括助力新冠口服藥物先諾欣、來瑞特韋上市,以及助力抗結(jié)核藥物簽訂過億元授權(quán)許可;此外,蛋白質(zhì)設(shè)施在多項(xiàng)藥物研發(fā)工作中也提供了技術(shù)支撐,包括雷公藤紅素治療結(jié)腸癌的中藥現(xiàn)代化研究,WB436B作為抗胰腺癌藥物的臨床研究,以及VERU-111作為新冠口服藥上市和重慶智飛生物制品股份有限公司的新冠疫苗研發(fā)等。
四、順應(yīng)AI時(shí)代浪潮,打造智能驅(qū)動(dòng)的蛋白質(zhì)設(shè)施新生態(tài)
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“AI for Science”新時(shí)代。深度學(xué)習(xí)、大模型、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)算法的持續(xù)突破,正在重塑自然科學(xué)的研究范式,推動(dòng)從實(shí)驗(yàn)主導(dǎo)向“模型輔助發(fā)現(xiàn)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證閉環(huán)”轉(zhuǎn)型。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。響應(yīng)AI時(shí)代的召喚,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),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,夯實(shí)我國(guó)在生命科學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)力。
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(dòng)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。傳統(tǒng)手段如X射線晶體學(xué)與冷凍電鏡等主要解析蛋白質(zhì)的穩(wěn)定構(gòu)象,而蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)、瞬態(tài)構(gòu)象轉(zhuǎn)換與功能調(diào)控機(jī)制已成為國(guó)際研究前沿。應(yīng)對(duì)新一輪科技革命的技術(shù)挑戰(zhàn),蛋白質(zhì)設(shè)施正系統(tǒng)布局蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)研究平臺(tái)建設(shè),著力提升設(shè)施整合結(jié)構(gòu)生物學(xué)平臺(tái)實(shí)時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的時(shí)間分辨能力,同時(shí)引入AI驅(qū)動(dòng)的模擬計(jì)算與構(gòu)象預(yù)測(cè)技術(shù),推進(jìn)功能蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的多尺度、多時(shí)間點(diǎn)計(jì)算模擬能力。
近期,蛋白質(zhì)設(shè)施與上海思朗萬(wàn)維計(jì)算技術(shù)有限公司建設(shè)了“高性能蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)科學(xué)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),并與設(shè)施九大技術(shù)系統(tǒng)協(xié)同升級(jí),形成“AI建模+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證+動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)還原”的融合式研究新范式,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)。
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)。結(jié)合生物分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、AI算法創(chuàng)新和自動(dòng)化合成技術(shù),設(shè)施將對(duì)PDBc數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算框架進(jìn)行升級(jí),并攜手康碼(上海)生物科技有限公司打造全球首個(gè)高通量的“DNA-to-Protein蛋白質(zhì)體外無(wú)細(xì)胞合成”智能制造裝置。該裝置集蛋白設(shè)計(jì)、功能預(yù)測(cè)、體外合成于一體,形成結(jié)構(gòu)-功能-合成全流程,支持非天然蛋白設(shè)計(jì)、酶活性調(diào)控因子的構(gòu)建、可控模塊化蛋白系統(tǒng)等前沿合成生物研究。
在AI引領(lǐng)的新一輪技術(shù)革命浪潮中,蛋白質(zhì)設(shè)施正以結(jié)構(gòu)生物學(xué)為錨點(diǎn),全面擁抱智能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)與高性能模擬技術(shù),推動(dòng)結(jié)構(gòu)測(cè)定與功能設(shè)計(jì)的深度融合,打造“從結(jié)構(gòu)認(rèn)知”到“結(jié)構(gòu)創(chuàng)造”的全新國(guó)家大科學(xué)設(shè)施新生態(tài),為我國(guó)在蛋白質(zhì)科學(xué)、藥物研發(fā)與生物制造等領(lǐng)域搶占科技制高點(diǎn)提供堅(jiān)實(shí)支撐。
五、科創(chuàng)與科普并舉,構(gòu)建弘揚(yáng)科學(xué)家精神新高地
蛋白質(zhì)設(shè)施自建設(shè)以來,始終堅(jiān)持“科技創(chuàng)新”與“科學(xué)普及”雙輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)展理念。十年來,蛋白質(zhì)設(shè)施在推動(dòng)科學(xué)前沿研究同時(shí),也將科普教育納入了其核心任務(wù)。設(shè)施積極打造科普教育平臺(tái),讓蛋白質(zhì)科學(xué)不再是專家學(xué)者的專屬知識(shí),而是觸手可及的科學(xué)常識(shí)。設(shè)施依托其一流的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和學(xué)術(shù)資源,常態(tài)化開展公眾開放日、科普大講堂、青少年科學(xué)營(yíng)等多樣化的科普活動(dòng),并結(jié)合重大科研成果發(fā)布節(jié)點(diǎn)舉辦設(shè)施探秘體驗(yàn)課程等互動(dòng)項(xiàng)目,累計(jì)吸引數(shù)萬(wàn)人次社會(huì)公眾和學(xué)生走進(jìn)裝置,感知蛋白質(zhì)科學(xué)的魅力,激發(fā)了跨年齡段的科學(xué)興趣。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“科研-產(chǎn)業(yè)-社會(huì)”三位一體的科學(xué)傳播閉環(huán),蛋白質(zhì)設(shè)施組建了“面向產(chǎn)業(yè)用戶的設(shè)施技術(shù)宣講團(tuán)”,以結(jié)構(gòu)生物學(xué)、蛋白質(zhì)藥物研發(fā)等前沿知識(shí)為橋梁,面向生物醫(yī)藥、材料科學(xué)、日用化工等重點(diǎn)行業(yè)開展專業(yè)技術(shù)科普宣講,在服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的同時(shí),系統(tǒng)提升了社會(huì)公眾對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能在醫(yī)療健康、合成生物學(xué)、能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域重要價(jià)值的認(rèn)知,實(shí)現(xiàn)了科技服務(wù)與科學(xué)普及的協(xié)同增效。
在蛋白質(zhì)設(shè)施的發(fā)展歷程中,“弘揚(yáng)科學(xué)家精神”貫穿始終。設(shè)施團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以“嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇攀高峰、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、無(wú)私奉獻(xiàn)”為精神內(nèi)核,在科研攻堅(jiān)和平臺(tái)建設(shè)中不斷砥礪前行,并將這一精神轉(zhuǎn)化為鼓勵(lì)青年成長(zhǎng)、促進(jìn)科學(xué)傳播的制度化力量。設(shè)施特別成立了“蛋白質(zhì)設(shè)施科普工作委員會(huì)”和“科普專項(xiàng)辦公室”,鼓勵(lì)青年科技人員在運(yùn)維與開發(fā)之外,積極投身于科普文章撰寫、科學(xué)圖片設(shè)計(jì)、科學(xué)短視頻制作、青少年課程開發(fā)等傳播實(shí)踐,將科研一線的知識(shí)與熱情傳遞給更廣泛的社會(huì)人群,形成了科學(xué)研究與知識(shí)共享并行不悖、互促共進(jìn)的新格局。如今,蛋白質(zhì)設(shè)施已形成“以科學(xué)為核心、以人民為受眾、以精神為引領(lǐng)”的綜合科普體系,獲得“2021-2025全國(guó)科普教育基地”等榮譽(yù)稱號(hào)。
結(jié)語(yǔ)
蛋白質(zhì)設(shè)施的十年,是 “國(guó)家所需、科學(xué)所指、未來所向”的生動(dòng)寫照。蛋白質(zhì)設(shè)施團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)守科研工作者的初心,從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)到產(chǎn)學(xué)研協(xié)同聯(lián)動(dòng),從一線用戶服務(wù)到推動(dòng)國(guó)際合作,以實(shí)際行動(dòng)詮釋了新時(shí)代大科學(xué)裝置人的工匠精神與科學(xué)家精神。。
面向未來,蛋白質(zhì)設(shè)施將以十年積淀為新起點(diǎn),持續(xù)錨定國(guó)際科技前沿和國(guó)家戰(zhàn)略需求,著力構(gòu)建結(jié)構(gòu)生物學(xué)與合成生物學(xué)交叉融合的技術(shù)新體系。設(shè)施將聚焦蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)研究這一全球挑戰(zhàn)性方向,升級(jí)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),攜手高性能計(jì)算平臺(tái)建設(shè)“干濕結(jié)合”的動(dòng)態(tài)研究生態(tài),打造支撐新藥發(fā)現(xiàn)和功能分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)能力。同時(shí),面向人工智能時(shí)代的合成生物學(xué)新機(jī)遇,設(shè)施將推動(dòng)“蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)”與“設(shè)計(jì)平臺(tái)智能化重構(gòu)”,建設(shè)全球首個(gè)高通量蛋白質(zhì)“智造”平臺(tái),為我國(guó)率先占領(lǐng)生命科學(xué)技術(shù)制高點(diǎn)注入強(qiáng)勁動(dòng)能。
以科技為槳,以初心為帆,蛋白質(zhì)設(shè)施將繼續(xù)在科技創(chuàng)新的廣闊海域中砥礪前行,服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展、啟迪未來夢(mèng)想,努力建設(shè)成為具有全球影響力的生命科學(xué)大科學(xué)裝置,續(xù)寫下一個(gè)更加輝煌的十年。
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