國家蛋白質科學中心：把蛋白做精創國際一流

技術人員操作高通量克隆構建系統

SIAIS理事會成員Richard Lerner、陳竺一行參觀中心

雷鳴

諾貝爾化學獎獲得者Roger D. Kornberg 來訪

高通量克隆構建系統

　　7月18日，在“上海科普大講壇”上，結構生物學家雷鳴研究員作了題為《了解人類健康與疾病的金鑰匙——蛋白質科學》的科普講座，全場座無虛席，掌聲陣陣。

　　雷鳴，美國哈佛大學生物物理學博士，現任國家蛋白質科學中心上海（籌）主任，中科院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所副所長，研究員，博士生導師，中組部“千人計劃”特聘專家。

　　記者隨雷鳴來到他所在的國家蛋白質科學中心，作為我國生命科學領域中第一個綜合性的國家級重大科技基礎設施，中心即將通過國家驗收。

　　建設國際一流平臺

　　雷鳴向記者介紹說，蛋白質中心擁有世界一流的規模化、系統化研究技術裝備，是具備蛋白質制備能力、多尺度結構分析能力、多層次動態研究能力、整體與定量分析能力和數據庫與計算分析能力的國際一流蛋白質科學研究平臺。

　　2011年6月22日，雷鳴記憶猶新，這一天，當時還是美國密歇根大學醫學院教授的雷鳴和老同學、美國哈佛大學醫學院教授周界文博士通完電話后，當即簽下回國協議，決定參與上海設施的建設。

　　賣了在美國的房子，結束了實驗室的工作，雷鳴帶著妻子和兩個年幼的孩子到上海赴任，全身心投入到這個令他引以為傲的巨大工程中，開始將項目從方案變成現實的艱難征程。

　　“在上海設施建成之前，我國有物理、工程、材料等領域的綜合性基礎設施，唯獨沒有生命科學領域的，而生命科學是目前國際上發展最迅速、最熱門的學科之一。”雷鳴說。

　　早在十多年前，蛋白質科學研究就開始了生命科學領域的一場世界性角逐。那時，我國在蛋白質科學研究領域雖然已取得一批達到國際一流水平的研究成果，但整體上仍落后于國際先進水平。基礎設施建設滯后，是制約其發展創新的關鍵因素。一批著名科學家紛紛建言，我國應加快建設綜合性的國家級蛋白質科學研究設施。

　　蛋白質是生物體最重要的組成成分和生命活動的物質基礎，是最主要的生命活動載體和功能執行者。全球迄今尚未有一家綜合性的世界一流蛋白質研究平臺，這為上海率先建成世界級蛋白質科學中心提供了機遇。為此我國在2008年11月將“蛋白質科學研究設施國家重大科技基礎設施項目”列入國家高技術產業發展項目計劃。2010年12月，蛋白質科學研究（上海）設施動工建設，總投資7.56億元，項目總建筑面積3.3萬平方米，由中科院上海生命科學研究院承擔建設任務，委托生化與細胞所實施管理，并依托上海設施，同步籌建國家蛋白質科學中心（上海）。

　　從“手工作坊”到“智能工廠”

　　上海設施地處上海光源所在的浦東張江高科技園區，并且依托上海光源建設了用于生命科學相關研究的五條光束線以及六個實驗站。

　　為了將上海設施建設得更好，雷鳴和他的團隊殫精竭慮日夜苦干，勁往一處使。按照原先的設計方案，蛋白質的生產和結構分析是“手工作坊”式的，雖然能夠完成技術指標，國際上也都是這么做的，但雷鳴和他的團隊不甘心先進的上海設施有一個角落不那么“先進”，他們想大膽嘗試搞成自動化系統。

　　“我太為自己的團隊驕傲了，都不是搞自動化的，卻自行設計了5套大型自動化裝置，其中包括一套‘高通量自動化克隆構建系統’，四套配備先進的規模化蛋白質制備系統，軟件控制、硬件設備和科研應用相結合，實現了整個大規模克隆構建和蛋白表達過程的自動化。”雷鳴說，“手工作坊”一躍成為“智能工廠”。

　　在高通量克隆構建實驗室，技術員牟波告訴《中國科學報》記者，傳統人工正常做實驗，手工操作一天每人最多完成十幾個基因克隆，利用這套克隆構建系統，一天可完成960個基因克隆，若進一步升級硬件后，可提高到3840個，極大地提高了生物實驗效率，降低了出錯率。

　　“高精度激光雙光鑷系統”是蛋白質中心獨家研制的一套系統。設備的所有零部件都購自現成，組裝后卻有了超強功能。光鑷實驗室技術主管任煜軒告訴記者，依靠這套系統，激光是“鑷子”，能研究蛋白質如何折疊、變形。

　　國內目前在用最高場強的核磁共振設備，主要用來測試蛋白質的溶液結構，類似于給蛋白質做CT。周界文帶著研究人員開展了核磁共振新技術的開發和新方法學的研究。目前新方法的主體研究已完成，正進入軟件測試階段，對推廣核磁共振技術在結構生物學領域的廣泛應用有重要意義，特別是對依托高場核磁共振設施進行大蛋白質的結構測定過程將更加可行。

　　質譜分析系統由13臺質譜分析儀組成，在系統負責人黃超蘭的主持下，已自主研發了一系列國內其他實驗室尚不具備的研究手段，吸引了全國各地甚至美國諾貝爾獎獲得者的研究組等多家科研單位前來合作，在短短1年間已有超過100多個課題在進行。

　　管理創新碩果累累

　　怎么保證科研物資采購中不存在“貓膩”？蛋白質中心還自主研發了一套科研物資管理系統，嘗試利用信息化管理，實現集中采購，依靠專業的服務團隊，使供求信息透明化，來解開這一困擾中國科研多年的管理難題。

　　現在該中心所有實驗室的研究人員都可登錄這套名為eSupply系統下單購買實驗試劑、耗材，資金從課題組經費賬戶中扣除，而蛋白質中心則能以“團購”方式，拿到最優價格的材料。

　　“這是一個網上采購平臺，監控能力強大，可以杜絕在資金使用中的漏洞。”雷鳴說他的初衷是更好的管理科研經費，現在該系統已獲國家計算機軟件著作權。

　　同在一個園區的上海科技大學也受益于這套先進的管理系統。上科大已經委托eSupply管理團隊對整個大學的科研物資采購進行服務。在雷鳴等人看來，由專業團隊進行集中采購，或許是堵住科研經費采購漏洞的一個解決之道。除管理蛋白質中心物資外，還兼管上海科技大學的物資，不久有望在中科院其他研究院所推廣。

　　雷鳴說，這里的創新系統改變了蛋白質科學研究的方式，不僅完全可以發展為一個全新的產業，還能為上海乃至中國在未來二三十年攀上全球與蛋白質相關的生物產業制高點。

　　目前，蛋白質中心已經建立了一支由國家“千人計劃”引進人才領銜、國家“青年千人計劃”和中科院“百人計劃”引進人才為骨干的科技隊伍，承擔包括中科院戰略性先導項目在內的30多個國家重大科學研究計劃和上海市重點項目等研究，獲得的重要研究成果在《自然》等國際權威學術期刊上發表。其中，有的成果發現了人類免疫系統的工作新機制，有的成果將推動研發新一代抗丙型肝炎病毒治療手段，還有的成果為以胃癌為代表的腫瘤治療提供了新的策略和途徑。

　　最近這段時間，已有逾10位諾貝爾獎得主到訪，充分肯定了蛋白質中心的工作。同時，該中心還攜手數家生物醫藥領域跨國企業，整合雙方強大的生命科學設備與技術資源，先后與GE醫療生命科學、貝克曼庫爾特等公司形成良好的合作機制，并共建實驗室。

　　雷鳴表示，他們將打造開放、協作、創新的國際一流蛋白質科學研究平臺，為我國的蛋白質科學基礎研究提供強有力的支撐。“特別要催生一系列新理論、新技術、新產品，促進藥物靶標發現、重大疾病防治、重大新藥創制、重要農作物改良、生物能源轉化、工業生物催化等多個領域和相關產業的發展。”